DE938553C - Method for amplifying high-frequency vibrations - Google Patents

Description

Verfahren zur Verstärkung hochfrequenter Schwingungen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verstärkung hochfrequenter Schwingungen, bei dem eine Steuerung der Elektronen hinsichtlich ihrer Geschwindigkeit vorgenommen wird und bei dem in einem an den Steuerraum anschließenden feldfreien Raum eine Gruppierung der Elektronen erfolgt. Gemäß der Erfindung werden Elekt.ronen mit verschiedener, durch eine hochfrequente Eingangsspannung gesteuerter Geschwindigkeit in einen im wesentlichen elektrisch feldfreien Raum geleitet, dessen Länge derart groß gegen die von den schnellsten Elektronen während einer Periode der Hochfrequenz zurückgelegte Strecke ist, daß die Elektronen sich in Gruppen ineinander-schieben. Mit Hilfe einer Abnahmeelektrode, die an einer Stelle größter Elektronenverdichtung oder -verdünnung angeordnet ist, werden verstärkte Schwingungen abgenommen..Method for amplifying high-frequency vibrations The invention refers to a method for amplifying high-frequency vibrations, at which made a control of the electrons with regard to their speed and in the case of a field-free room adjoining the control room a Grouping of the electrons takes place. According to the invention, electrons with different, speed controlled by a high-frequency input voltage into an im essential electrically field-free space, the length of which is so great compared to that traveled by the fastest electrons during a period of high frequency Distance is that the electrons push one another in groups. With the help of a Pick-up electrode, which is at a point of greatest electron compression or thinning is arranged, increased vibrations are removed ..

Es ist bereits bekannt, eine Geschwindigkeitssteuerung von Elektronen vorzunehmen. Eine reine Geschwindigkeitssteuerung erzielt man auf die Weise, daß man den Emissionsstrom einer Glühkathode und die Vorspannung einer gegenüber der Glühkathode angeordneten Steuerelektrode so. einstellt, daß in dem Steuerraum Elektronensättigung herrscht. Mit einer solchen Geschwindigkeitssteuerung konnten jedoch keine großen Steuersteilheiten erhalten werden, da kein Mittel bekannt war, um die Geschwindigkeitsschwankungen- der an der Ausgangselektrode eintreffenden Elektronen in Spannungsschwankungen umzuwandeln.It is already known to control the speed of electrons to undertake. A pure speed control is achieved in such a way that the emission current of a hot cathode and the bias voltage of a Hot cathode arranged control electrode so. sets that electron saturation in the control room prevails. With such a speed control, however, no great ones could be made Tax steepnesses are obtained as no means was known to the Velocity fluctuations - of the electrons arriving at the output electrode to convert into voltage fluctuations.

Es ist ferner bekannt, eine kombinierte Geschwindigkeits- und Raumladungssteuerung durchzuführen, indem man zunächst den Elektronenstrom durch zwei der Kathode nachgeordnete, auf positivem Potential liegende Gitter beschleunigt und hierauf vor dem dritten, als Steuerelektrode dienenden Gitter, das negativ gegenüber der vorhergehenden Elektrode vorgespannt ist, eine Raumladung veränderlicher Dichte erzeugt. Die aus den Raumladegittern heraustretenden Elektronen treten mit veränderlicher Geschwindigkeit in die Raumladungswolke ein bzw. durch dieselbe hindurch.It is also known to have a combined speed and space charge control to be carried out by first passing the electron flow through two downstream of the cathode, grid lying on positive potential is accelerated and then before the third, Serving as a control electrode grid, the negative compared to the previous electrode is biased, creates a space charge of varying density. The ones from the space loading grids Exiting electrons enter the space charge cloud at a variable speed one or through the same.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine neua-rtigeGeschwindigkeitssteuerung vorgenommen. Die aus der Steuerelektrode austretenden Elektronen verschiedener Geschwindigkeit werden in einen feldfreien Rauara geleitet, in dem eine Gruppierung der Elektronen erfolgt, derart, daß die langsamen Elektronen von den schnelleren eingeholt werden. Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Figuren besprochen.In accordance with the present invention, there is provided a novel speed control performed. The electrons of different speeds emerging from the control electrode are directed into a field-free rauara, in which a grouping of electrons takes place in such a way that the slow electrons are overtaken by the faster ones. Further details of the invention are discussed with reference to the figures.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.The drawing shows an embodiment of the invention.

Fig. i stellt im Längsschnitt eine Röhre gemäß der Erfindung dar; Fig. 2 zeigt einen. Querschnitt durch- die Röhre der Fig. i in der Ebene 2-2, Fig. 3 einen solchen in. der Ebene 3-3; Fug. 4 zeigt eine einfache Schaltung zur Verwendung der Röhre als Verstärker.Fig. I shows in longitudinal section a tube according to the invention; Fig. 2 shows one. Cross section through the tube of FIG. 1 in the plane 2-2, FIG. 3 such a tube in the plane 3-3; Fug. Figure 4 shows a simple circuit for using the tube as an amplifier.

Gleiche Ziffern bezeichnen in den verschiedenen Figuren dieselben Elemente.The same numbers denote the same in the different figures Elements.

Die Wirkungsweise der Röhre beruht darauf, daß die Geschwindigkeit eines Elektronenstrahles entsprechend der Amplitude einer Empfangswelle von beispielsweise konstanter Frequenz moduliert wird. Der von den Elektronen bis zur Auffangplatte zurückgelegte Weg ist groß im Vergleich zu der- Strecke, die von den schnellsten Elektronen während einer Periode der Hochfrequenz zurückgelegt wird. Die schnelleren Elektronen werden da4er diese Platte viel schneller erreichen als die langsameren."so- daß bei geeigneter Dimensionierung der Röhre und richtiger Wahl der für die Geschwindigkeitder Elektronen maßgeblichen Anodenspannung eine Gruppierung der Elektronen längs ihres Weges stattfinden wird, die etwa mit der Bildung stehender Wellen verglichen werden könnte. Es werden sich dabei gewisse Verdichtungs- und Knotenpunkte einstellen, und zwar um so klarer, je näher der Elektronenstrahl an die Auffangplatte heranrückt. Infolgedessen werden die Elektronen in Form einzelner Gruppen und nicht mehr in Form eines gleichmäßigen Stromes auftreffen.The function of the tube is based on the fact that the speed of an electron beam corresponding to the amplitude of a received wave of, for example constant frequency is modulated. The one from the electrons to the receiving plate The distance covered is great compared to the distance covered by the fastest Electrons is traveled during a period of high frequency. The faster ones Electrons will therefore reach this plate much faster than the slower ones. " that with suitable dimensioning of the tube and correct choice of the speed of the Electrons are a grouping of electrons along their anode voltage Path will take place, which are compared with the formation of standing waves could. There will be certain compression points and nodes, the closer the electron beam moves to the collecting plate, the clearer it is. As a result, the electrons are in the form of individual groups and no longer in Impinge in the form of a steady stream.

An die Auffangplatte wird eine Spannung gelegt, so daß durch eine Ausgangsimpedanz, ein Strom von .gleicher Frequenz wie das Eingangssignal, jedoch wesentlich größerer Amplitude, fließt.A voltage is applied to the collecting plate, so that by a Output impedance, a current of the same frequency as the input signal, however much larger amplitude, flows.

Fig. i zeigt schematisch eine Röhre i, die an den Enden 2 und 4 durch Glas oder anderes Isoliermaterial abgeschlossen ist und deren Länge groß gegenüber dem Durchmesser ist. Ein Strahlerzeugungssystem 5, 6 ist am Ende 2 der Röhre angeordnet. Es besteht aus einer Kathode 5 und einer Beschleunigungselektrode 6, deren Öffnung groß ist gegenüber dem Durchmesser eines Elektrons, so daß eine große Zahl von Elektronen hindurchtreten kann. Ein Durchmesser von z. B. 3 mm erwies sich als zweckmäßig. Die Elektroden des Strahlerzeugungssystems sind mit Durchführungen 7 und 9 versehen.Fig. I shows schematically a tube i, which at the ends 2 and 4 through Glass or other insulating material is completed and their length is large compared to the diameter is. A beam generating system 5, 6 is arranged at the end 2 of the tube. It consists of a cathode 5 and an accelerating electrode 6, the opening of which is large compared to the diameter of an electron, so that a large number of electrons can pass through. A diameter of e.g. B. 3 mm proved to be appropriate. The electrodes of the beam generation system are provided with feedthroughs 7 and 9.

An anderen Ende 4 der Röhre befindet sich die Auffangplatte io. Ein-Abstand von 2o cm bis zum Strahlerzeugungssystem hat sich als geeignet erwiesen. Die Auffangplatte ist mittels eines Drahtes i i herausgeführt. Innerhalb der Röhre ist ferner ein konzentrischer elektrostatischer Schirm 12 vorgesehen, der sich vom Strahlerzeugungssystem bis zur Auffangplatte erstreckt und mit der Beschleuni@gungs,el.ektrode @6 -leitend verbunden ist, so daß der ganze Raum zwischen der B.eschleunigungselektröde 6 und der Platte io auf gleichem elektrischem Potential liegt.At the other end 4 of the tube is the collecting plate io. One-distance from 20 cm to the beam generating system has proven to be suitable. The catching plate is led out by means of a wire i i. Inside the tube is also a concentric electrostatic screen 12 is provided which extends from the beam generation system extends up to the collecting plate and with the acceleration, el.electrode @ 6 -conductive is connected so that the entire space between the B. acceleration electrode 6 and the plate io is at the same electrical potential.

Eine magnetische Sammelspule 14 umgibt die Röhre zwischen dem Strahlerzeugungssystem und der Auffangplatte. Die Stromstärke in der Spule ist so gewählt, daß die Elektronen zu einem engen Bündel 15 verdichtet werden.A magnetic collection coil 14 surrounds the tube between the beam generation system and the catch plate. The current in the coil is chosen so that the electrons be compressed into a tight bundle 15.

Aus der Fig. 2 geht hervor, wie die Sammelspule 14 die Röhre i umgibt und wie innerhalb dieser die Abschirmung. i2 angeordnet ist. Die Beschleunigungselektrode 6 des Strahlerzeugungssystems ist hier in der Ansicht zu sehen.From Fig. 2 it can be seen how the collecting coil 14 surrounds the tube i and how within this the shielding. i2 is arranged. The accelerating electrode 6 of the beam generation system can be seen here in the view.

Fig. 3 zeigt ebenfalls die Spule 14 und den Schirm i2 und außerdem die Auffangplatte zö, die symmetrisch zur Röhrenhülle angeordnet ist.Fig. 3 also shows the coil 14 and the screen i2 and also the collecting plate zö, which is arranged symmetrically to the tube shell.

Fig. 4 stellt eine geeignete Schaltung zum Betrieb der Röhre als Verstärker dar. Die Kathode wird dabei durch ein Heizelement 16 erhitzt, welches mittels der Zuf'ü'hrungen 8 und 17 an eine Gleichstromquelle; z. B. eine Batterie i9, angeschlossen ist, und zwar unter Zwischenschaltung von Hochfrequenzdros-seln 2o, 21, die durch einen Kondensator 22 überbrückt sind. An die Beschleunigungselektrode wird eine positive Vorspannung von etwa 15 Volt gelegt, welche einer Spannungsquelle 24 entnommen ist.4 shows a suitable circuit for operating the tube as an amplifier. The cathode is heated by a heating element 16 which, by means of supply lines 8 and 17, is connected to a direct current source; z. B. a battery i9 is connected, with the interposition of high-frequency chokes 2o, 21, which are bridged by a capacitor 22. A positive bias voltage of approximately 15 volts, which is taken from a voltage source 24, is applied to the acceleration electrode.

Eine Empfangsanordnung 25, die z. B. aus einer Antenne besteht, ist über ihre Induktivität mit einem abgestimmten Kreis 26 gekoppelt, welcher einerseits mit der Kathode des Strahlerzeugungssystems und andererseits über Erde mit der Beschleunigungselektrode leitend verbunden ist, so daß die daran entstehende Wechselspannung zwischen der Kathode.5 und der Beschleunigungselektrode 6 wirksam wird.A receiving arrangement 25 which, for. B. consists of an antenna is coupled via its inductance to a tuned circuit 26, which on the one hand with the cathode of the beam generation system and on the other hand via earth with the acceleration electrode is conductively connected, so that the resulting alternating voltage between the Kathode.5 and the acceleration electrode 6 becomes effective.

Es wurden bisher verschiedene Methoden zur Hochfrequenzverstärkung benutzt, welche mehr oder minder Verzerrungen und die Entstehung abweichender und unerwünschter Frequenzen als Begleiterscheinung haben. Bei einem Verstärker z. B. für Fernsehzwecke aber ruß eine völlige Verzerrungsfreiheit verlangt werden. Diese wird gemäß der Erfindung durch eine spezielle Steuerung der Geschwindigkeit eines starken Elektronenstromes erreicht, und die so bewirkte Verstärkung ist derart, daß keine weiteren Schwingungskreise außer dem Eingangs- und Ausgangskreis benötigt werden. Die Anordnung ist frei von den Verzerrungen und Oberschwingungen, die bei den sonst gebräuchlichen Verstärkern auftreten. Darüber hinaus ist die Konstruktion der Verstärkerröhre einfacher und billiger als die der normalen Röhren.There have been various methods of high frequency amplification so far used which more or less distortion and the emergence of different and have undesirable frequencies as a concomitant phenomenon. In an amplifier z. B. for television purposes, however, a complete freedom from distortion is required. These is according to of the invention by a special control of the speed of a strong electron current, and the resulting amplification is such, that no further oscillation circuits are required besides the input and output circuit will. The arrangement is free from the distortions and harmonics that occur with the otherwise common amplifiers occur. In addition, the construction amplifier tube simpler and cheaper than normal tubes.

Die von der Kathode 5 in Fig. q. erzeugten Elektronen werden durch die Zugspannung an der Beschleunigungselektrode 6 auf eine geringe Geschwindigkeit gebracht, so d.aß sie sich in Richtung auf die Auffangplatte io bewegen. Äußere Streufelder werden durch den Schirm 12, der an Anodenpotential liegt, ferngehalten. Das durch die Sammelspule 1q. erzeugte Magnetfeld verhindert die Elektronen an ihrer zeitlichen Diffusion, so daß praktisch sämtliche aus dem Strahlerzeugungssystem kommenden Elektronen die Platte io treffen. Mit der angegebenen Konstruktion wurde ein Strom von 15 Milliampere erhalten.The from the cathode 5 in Fig. Q. The generated electrons are brought to a low speed by the tensile stress on the acceleration electrode 6, so that they move in the direction of the collecting plate io. External stray fields are kept away by the screen 12, which is at the anode potential. The through the collecting coil 1q. The magnetic field generated prevents the electrons from diffusing over time, so that practically all electrons coming from the beam generation system hit the plate. A current of 15 milliamperes was obtained with the indicated construction.

Die Elektronen erreichen ihre Höchstgeschwindigkeit bereits, nachdem sie das Strahlerzeugungssystem verlassen haben, da keine weiteren Beschleunigungsfelder auf sie einwirken. Jedes Elektron würde also mit einer konstanten, ihm eigenen Geschwindigkeit auf die Platte io zulaufen. Die Empfangsschwingungen bewirken nun Spannungsschwankungen zwischen der Kathode 5 und der Hochspannungselektrode 6, so daß die Geschwindigkeiten aufeinanderfolgender Elektronen entsprechend dieser Steuerspannung schwanken werden. Der Weg des Strahles 15 ist groß gegenüber der von den schnellsten Elektronen während einer Periode der Hochfrequenz zurückgelegten Strecke. Infolgedessen werden die schnellen Elektronen sehr bald die vor ihnen fliegenden langsameren einholen bzw. überholen. Bei geeigneter Bemessung der Spannung 2q. und der Röhre im Hinblick auf die Empfangsfrequenz tritt eine Verteilung von schnellen und langsamen Elektronen ein, so daß längs des Strahles eine Dichteverteilung entsteht, die den Amplitudenschwankungen der Empfangsspannung entspricht. Der so gebildete Strahl trifft dann in Form von Elektronengruppen auf die Platte io, so daß ein Strom von gleicher Frequenz und proportional verstärkter Amplitude wie die Eingangsspannung durch die Ausgangsimpedanz 29 fließt. Natürlich kann die Kathode durch irgendeine andere zur Erzeugung von Ladungsträgern geeignete Anordnung ersetzt werden. Auch das Strahl= erzeugungssystem kann natürlich in weiten Grenzen abgeändert werden. Die Verwendung eines Sammelfeldes ist zweckmäßig. Es kann jedoch auch durch andere äquivalente Mittel ersetzt werden.The electrons reach their maximum speed already after they have left the beam generation system because there are no further acceleration fields act on them. So each electron would travel at a constant, unique speed run towards the disk io. The received vibrations now cause voltage fluctuations between the cathode 5 and the high voltage electrode 6 so that the speeds successive electrons will fluctuate according to this control voltage. The path of the beam 15 is great compared to that of the fastest electrons during one period of the high frequency distance traveled. As a result, the fast electrons very soon overtake or catch up with the slower ones flying in front of them. overtake. With a suitable dimensioning of the voltage 2q. and the tube in terms of the receiving frequency occurs a distribution of fast and slow electrons so that a density distribution arises along the beam that compensates for the amplitude fluctuations corresponds to the receiving voltage. The beam formed in this way then hits in the form of Electron groups on the plate io, so that a current of the same frequency and proportionally increased amplitude like the input voltage through the output impedance 29 flows. Of course, the cathode can be used by any other to generate Load carriers suitable arrangement are replaced. Also the beam generation system can of course be changed within wide limits. The use of a collective field is appropriate. However, it can also be replaced by other equivalent means.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Verstärkung hochfrequenter Schwingungen, dadurch gekennzeichnet, daß die von einer Kathode ausgehenden Elektronen durch die zu verstärkende Spannung ihrer Geschwindigkeit nach gesteuert werden und mit den hierdurch erhaltenen Geschwindigkeitsänderungen in einen im wesentlichen elektrisch feldfreien Raum geleitet werden, dessen Länge derart groß ist gegen die von den schnellsten Elektronen während einer Periode der Steuerhochfrequenz zurückgelegte Strecke, daß die Elektronen verschiedener Geschwindigkeit sich zu Gruppen ineinanderschieben, .und daß mit Hilfe einer Abnahmeelektrode, die an einer Stelle größter Elektronenverdichtung oder -verdünnung angeordnet ist, verstärkte Schwingungen abgenommen werden. PATENT CLAIMS: i. Method for amplifying high-frequency vibrations, characterized in that the electrons emanating from a cathode through the voltage to be amplified can be controlled according to their speed and with the changes in speed thereby obtained in an essentially electrical manner field-free space, the length of which is so great compared to that of the fastest electrons traveled during a period of the control high frequency So that the electrons of different speeds push each other into groups, .and that with the help of a pick-up electrode, the greatest electron density at one point or dilution is arranged, increased vibrations are removed. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronen durch ein homogenes konstantes Magnetfeld, dessen Kraftlinien in Richtung der Elektronenbahnen verlaufen, zu einem Strahl gebündelt werden. 2. Procedure according to claim i, characterized in that the electrons by a homogeneous constant magnetic field whose lines of force run in the direction of the electron orbits, can be bundled into a beam. 3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerwechselspannung an die Beschleunigungselektrode eines Strahlerzeugungssystems gelegt wird, die gegen die Kathode positiv, z. B. um nur 15 Volt, vorgespannt ist. 3. The method according to claim i, characterized in that that the control AC voltage to the acceleration electrode of a beam generation system is placed, which is positive against the cathode, z. B. is biased by only 15 volts. 4.. Elektronenröhre in langgestreckter Form für ein Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß sie an einem Ende ein Strahlerzeugungssystem, am anderen Ende eine Auffangelektrode und dazwischen einen freien Raum aufweist, der von einer Zylindermantelelektrode (Abschirmel-ektrode) umgeben ist, die mit der Beschleunigungselektrode des Strahlerzeugungssystems und der Auffangelektrode auf gleichem Potential liegt. 4 .. Electron tube in elongated form for a method according to claim i, characterized characterized by having a beam generating system at one end and a beam generating system at the other end has a collecting electrode and a free space in between, which is from a cylinder jacket electrode (Shielding electrode) is surrounded with the acceleration electrode of the beam generation system and the collecting electrode is at the same potential. 5. Schaltung einer Elektronenröhre nach Anspruch q., dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangs- und Ausgangskreis durch je einen auf die Betriebsfrequenz abgestimmten Schwingungskreis gebildet werden.5. Circuit of an electron tube according to claim q., characterized in that the input and output circuit through a resonant circuit that is matched to the operating frequency can be formed.