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Schaltanordnung zur Übertragung elektrischer Schwingungen Die vorliegende
Erfindung bezieht sich auf eine Schaltanordnung zur Übertragung elektrischer Schwingungen,
insbesondere von Ultrahochfrequenzschwingungen, die wenigstens eine gesteuerte Entladungsröhre
enthält, und bezweckt, Mittel zu schaffen, durch die das bei solchen Schaltanordnungen
auftretende Geräusch vermindert werden kann.
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Dieses Geräusch, das sich insbesondere bei der Übertragung schwacher
Signale als sehr störend geltend macht, wird teilweise von in der Schaltung vorhandenen
Entladungsröhren, teilweise von den übrigen Schaltelementen herbeigeführt, und kann
daher in Röhrengeräusch und Schaltungsgeräusch unterschieden werden.
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Das Schaltungsgeräusch wird durch spontane Spannungsschwankungen herbeigeführt,
die infolge der thermischen Bewegung der Elektronen an den Enden jedes Leiters auftreten,
und zwar um so stärker, je nachdem der betreffende Leiter einen größeren Ohmschen
Widerstand besitzt. So tritt z. B. über einen in den Eingangskreis einer Hochfrequenzverstärkerröhre
aufgenommenen Schwingungskreis eine solche Rauschspannung auf, die gewöhnlich mit
»Kreisgeräusch« bezeichnet wird.
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Das Röhrengeräusch kann in Emissionsgeräusch und Verteilungsgeräusch
unterschieden werden. Das Emissionsgeräusch besteht aus Schwankungen der Emission
einer Kathode, wobei es sich sowohl um eine thermionische Kathode als auch um eine
sekundäremittierende Hilfskathode oder eine Photokathode handeln kann. Das Verteilungsgeräusch
entsteht durch Schwankungen der Stromverteilung in Röhren mit mehr als einer positiven
Elektrode und tritt also z. B. bei Schirmgitterröhren und Mehrgitterröhren auf.
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Insbesondere bei der Übertragung von Ultrahochfrequenzschwingungen
macht sich weiterhin noch das sogenannte »Laufzeitgeräusch« bemerkbar, welche Erscheinung
nachstehend näher erklärt wird.
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Im allgemeinen bildet das Geräusch ein kontinuierliches Frequenzspektrum,
von dem nur jener Teil störend ist, der von der Schaltanordnung durchgelassen wird.
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Man hat schon versucht, das Röhrengeräusch durch besondere Röhrenkonstruktionen
zu vermindern. So kann z. B. bei Schirmgitterröhren das Verteilungsgeräusch vermindert
werden, sei es durch eine Beschränkung des Schirmgitterstromes, sei es durch eine
solche geometrische Aufstellung der Elektroden, daß die Emission von bestimmten
Teilen der Kathode ausschließlich zum Schirmgitterstrom und die von anderen Teilen
ausschließlich zum Anodenstrom beiträgt.
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Die Erfindung schafft die Mittel, durch die ohne Verwendung von besonderen
Röhrenkonstruktionen das Röhrengeräusch stark ermäßigt werden kann. Erfindungsgemäß
wird in der Kathodenleitung der Röhre ein hochfrequenzmäßig nicht überbrückter Ohmscher
Widerstand angeordnet, welcher derart bemessen ist, daß das Laufzeitgeräusch kompensiert
wird.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert.
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Wenn die Laufzeit der Elektronen zwischen der Kathode und der Anode
einer Entladungsröhre nicht mehr verschwindend klein in bezug auf die Periode der
zu übertragenden Schwingungen ist, tritt ein dem Steuergitter zufließender Influenzstrom
auf, wie an Hand des in Fig.1 dargestellten Vektordiagramms leicht eingesehen werden
kann. Dieses Diagramm gilt für eine Triode, bei Mehrgitterröhren treten aber im
Wesen die gleichen Erscheinungen auf. In der Figur stellt V, die Steuergitterwechselspannung
dar. Infolge der verhältnismäßig großen Laufzeit der Elektronen zwischen dem Steuergitter
und der Kathode eilt der Kathodenwechselstrom Ik ein wenig in bezug auf die Steuergitterwechselspannung
nach. Der Anodenstrom 1" ist, wenn wenigstens die Laufzeit der Elektronen zwischen
dem Steuergitter und der Anode nicht größer als eine halbe Periode der zu verstärkenden
Schwingungen ist, dem Absolutwert nach ungefähr gleich groß wie Ik, weist aber eine
größere Nacheilung in bezug auf die Steuergitterwechselspannung auf. Der Strom I%,
der den geometrischen Unterschied der Ströme I" und Ik bildet, muß dem Steuergitter
zugeflossen
sein. Der dem Steuergitter zu-fließende Influenzstrom
Ig enthält eine Komponente, üie 90° in bezug auf die Steuergitterwechselspannung-
vöreilt und als eine Folge einer scheinbaren Zunahme der Steuergitter-Kathoden-Kapazität
aüfgefaß t werden kann, und eine Komponente, die mit der SteuergitterlvechseIspannung
in Phase ist und die sogenannte »Laufzeitdämpfung« veranlaßt. Der Strom lg enthält
eine mit dem Kathodengeräusch korrelierte Rauschkomponente, die über den Eingangskreis
eine Rauschspannung herbeiführt,- die in bezug auf den Kathoden -r auschstrom phasenverschoben
ist und eine wesentliche Zunahme des mit dem Kathodengeräusch korrelierten Rauschstromes
im Anodenkreis verursacht. Dieser zusätzliche Rauschstrom kann mit »Laufzeitgeräusch<;
bezeichnet werden.
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Es wird vollständigkeitshalber bemerkt, daß die in Wirklichkeit auftretenden
Erscheinungen verwickelter sind als aus den obenstehenden Betrachtungen hervorgehen
würde, und zwar weil die Geschwindigkeit der Elektronen zwischen dem Steuergitter
und der Kathode vom Augenblickswert der Steuergitterspannung abhängig ist. Die dadurch
auftretenden Geschwindigkeitsänderungen der Elektronen veranlassen einen zusätzlichen
Influenzstrom, der zwar zu der scheinbaren Zunahme der Steuergitter-Kathoden-Kapazität
und zu der »Laufzeitdämpfung« beiträgt, aber keine Rauschkomponente enthält und
daher nicht zum »Laufzeitgeräusch« beiträgt.
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Die »Laufzeitdämpfung« kann als ein scheinbar zum Eingangskreis parallel
geschalteter Widerstand und das » Laufzeitgeräusch« als spontane Spannungsschwankungen
in diesem Widerstand aufgefaßt werden. Bei dieser Betrachtung ergibt sich, daß der
genannte Widerstand sich wie ein Ohmscher Widerstand verhält, der sich etwa auf
Kathodentemperatur befindet und daher bedeutend stärker als ein Ohmscher Widerstand
gleichen Wertes bei Zimmertemperatur rauscht. Das »Laufzeitgeräusch« erweist sich
demnach im Verhältnis zu den sonstigen Geräuschquellen als besonders schädlich.
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Es ist bekannt, daß die »Laufzeitdämpfung« durch Aufnahm'e eins für
Hochfrequenzströme nicht überbrückten Widerstandes in die Kathodenleitung der Röhre
beseitigt werden kann. Die Erfindung ist auf der Erkenntnis aufgebaut, daß durch
die Anbringung eines solchen Widerstandes in der Kathodenleitung auch das »Laufzeitgeräusch«
völlig kompensiert werden kann. Mit Rücksicht auf die schon erwähnte Komplikation,
die von den Geschwindigkeitsänderungen der Elektronen zwischen der Kathode und dem
Steuergitter herbeigeführt wird, ist für das Kompensieren des »Laufzeitgeräusches«
ein etwa 1,5-bis 2mal größerer Widerstand nötig, als für das Kompensieren der »Laufzeitdämpfung«
erförderlich ist.
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In der Fig.2 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Die Figur zeigt eine Verstärkerschaltüng für Ultrahochfrequenzschwingungen, welche
mit einem Eingangskreis 1, einer- Verstärkerröhre 2 und einem Ausgangskreis 3 versehen
ist. In der Kathodenleitung der Röhre 2 liegt ein .hochfrequenzmäßig nicht überbrückter
Ohmscher Widerstand 4, von solcher Bemessung, das das »Laufzeitgeräusch« aufgehoben
wird. Der hierzu erforderliche Widerstandswert ist von der Größenordnung von 50
bis 200 Ohm.