Barkhausen-Kurz-Schwingung

Die Barkhausen-Kurz-Schwingung, auch Elektronentanz-Schwingung, unter Radioamateuren früher auch unter dem Begriff elektrischer Elektronentanz bekannt, ist eine Form der Anregung von Hochfrequenzschwingungen im Frequenzbereich zwischen einigen 10 MHz und einigen GHz in Elektronenröhren. Die Schwingungsfrequenz hängt nur von den Elektrodenabständen und der Betriebsspannung ab, ein externer Resonator ist nicht erforderlich.^[1] Die Bezeichnung leitet sich von dem deutschen Physiker Heinrich Barkhausen und Karl Kurz ab, die diesen Effekt erstmals 1917 beschrieben.^[2] Die Barkhausen-Kurz-Schwingung benötigt im Vergleich zur Erzeugung der Gill-Morell-Schwingung keinen externen Resonator.

Beschreibung

Elektronenröhre PC88 mit Beschaltung in der Schaltungsart "Bremsfeld-Röhre", die Barkhausen-Kurz-Schwingungen erzeugt und als VFO ohne externen Resonator schwingt.

Glühlampe ohne Glühwendel, in der die Barkhausen-Kurz-Schwingungen als Störeffekt auftreten können

In einer, als Bremsfeldröhre geschalteten, Triode, deren Steuergitter auf positiverem Potential als die Anode liegt, werden die von der Kathode ausgehenden Elektronen vom positiven Gitter so stark beschleunigt, dass sie über das Gitter hinaus in den Raum zwischen Gitter und Anode eintreten. Die Elektronen können dann mehrfach zwischen der abstossenden Anode und der Kathode, durch das Gitter hindurch, hin und her pendeln. Die Laufzeit hängt dabei nur vom effektiven Abstand der Kathode (Raumladungwolke) und der Anode (Abstossung), d und der effektiven Beschleunigungsspannung U ab. Elektronen mit der falschen Geschwindigkeit werden vorzeitig vom Gitter aufgefangen und tragen nicht zur Schwingungsanregung bei. Da die Elektronenwege, je nach Röhrenkonstruktion auch um die Kathode herumgehen können oder auch Ausbreitungswege mit unterschiedlicher Weglänge möglich sind, ist die Schwingung meist breitbandig und stark verrauscht. Da die Grösse der Raumladungswolke um die Kathode auch von der Heizleistung abhängig ist, ist die mittlere Weglänge und damit die Frequenz f auch hiervon geringfügig abhängig. Es besteht Proportionalität zwischen angeregter Frequenz und der Wurzel aus der angelegten Gitterspannung.

Näherungsweise gilt:

$f = \frac{1,5 \cdot 10^5 \cdot \sqrt{U}}{d}$

Anwendung

Eine praktische Bedeutung hat die Bremsfeldröhre nie erlangt, sieht man einmal von einigen „Störeffekten“ ab. So konnten Zeilenendröhren in Fernsehgeräten unter bestimmten Fehlerbedingungen zu Barkhausen-Kurz-Schwingungen angeregt werden. Erkenntlich war das Fehlerbild auf dem Bildschirm als senkrechte schmale Gardinen am Bildrand über die ganze Bildhöhe. Die Barkhausen-Kurz-Schwingungen können auch als hochfrequenter Störeffekt bei älteren Glühlampen mit langen, glatten Glühfäden ohne Wendel auftreten. Glühlampen für Netzspannung ohne Wendel wurden in der Anfangszeit der elektrischen Beleuchtung gefertigt. Die Barkhausen-Kurz-Schwingung in der Lampe kann dann in der Nähe der Glühlampe zu Störungen in Rundfunkempfängern führen.^[3]

Die Barkhausen-Kurz-Schwingung kann mit einem externen Resonator stabilisiert werden, die Breitbandige Abstimmmöglichkeit geht dann allerdings verloren. Eine solche Anordnung kann als Vorläufer für alle Oszillatoren mit Laufzeitröhren bezeichnet werden (Klystron-Oszillator, Magnetron).

Weblinks

Experimente mit Kurz-Schwingungen und Standardröhren

Literatur

• Heinrich Barkhausen: Elektronen-Röhren, 3. Band Rückkopplung. 4. Auflage. S.Hirzel, Leipzig 1931.
• Technical & Scientific Literature Department, J. Jäger: Data and Circuits of Television Receiver Valves. In: Series of Books of Electronic Valves. IIIc, N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken (Philips Industries), Eindhoven, NL 1953 (übersetzt von J. Jager, Eindhoven, Harley Carter, London) (PDF, 15MB).

Einzelnachweise/Fussnoten

1. ↑ H.Barkhausen: Elektronenröhren. 6 Auflage. Band 3, S. Hirzel, Leipzig 1951, S. 102.
2. ↑ H. Barkhausen und Karl Kurz: Die kürzesten, mit Vakuumröhren herstellbaren Wellen. In: Physikal. Zeitschrift. 21, Nr. 1, Leipzig 1920, S. 1 -6.
3. ↑ Glühlampe als UKW- Störsender im Radiomuseum