利用者:加藤勝憲/バルクハウゼン管（mergeする）

Röhrentriode von 1917

バルクハウゼン-クルツ発振は、電子ダンス発振としても知られ、以前はラジオアマチュアの間では電気電子ダンスやB-K発振器としても知られていた。発振周波数は電極間隔と動作電圧にのみ依存し、外部共振器は必要ない[1]。この名前は、ドイツの物理学者ハインリッヒ・バルクハウゼンとカール・クルツが1917年に初めてこの効果を説明し、1920年代にドレスデン工科大学で研究を行ったことに由来する[2]。メートル波とデシメートル波の発振器が初めて作られた。Barkhausen-Kurz 発振は、Gill-Morell 発振の発生と比較すると、原理的に外部共振器を必要としないが、Barkhausen と Kurz は、共振器としても機能する Lecher 線を測定に使用した。

Die Barkhausen-Kurz-Schwingung, auch Elektronentanz-Schwingung, unter Funkamateuren früher auch unter dem Begriff elektrischer Elektronentanz sowie B-K-Oszillator 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. Die Bezeichnung leitet sich von den deutschen Physikern Heinrich Barkhausen und Karl Kurz ab, die diesen Effekt erstmals 1917 beschrieben und in den 1920er Jahren dazu an der Technischen Universität Dresden forschten. Es konnten erstmals Oszillatoren im Meter- und Dezimeterwellen-Bereich gebaut werden. Die Barkhausen-Kurz-Schwingung benötigt im Vergleich zur Erzeugung der Gill-Morell-Schwingung zwar im Prinzip keinen externen Resonator, Barkhausen und Kurz verwendeten jedoch Lecherleitungen zur Messung, die zugleich als Resonator dienten.

Beschreibung

Eine Elektronenröhre PC88, als Bremsfeld-Röhre ohne externen Schwingkreis beschaltet, erzeugt Barkhausen-Kurz-Schwingungen mit spannungsabhängiger Frequenz

Glühlampe ohne Füllgas mit ungewendeltem Glühdraht, in der Barkhausen-Kurz-Schwingungen als Störeffekt auftreten können

ブレーキフィールド管として接続された3極管では、制御グリッドが陽極よりも正の電位にあるため、陰極から放出された電子はグリッドに加速される。電子の一部はプラスに帯電したグリッドを通過し、グリッドと陽極の間の空間に入る。電子はマイナスの「陽極」（反射鏡、レフレックスクライストロン参照）の電界領域に到達し、そこで反転する。この転換の後、電子の一部はグリッドに衝突して放電し、残りは空間電荷領域に戻る。通過時間はこの振動数を決定し、陰極（空間電荷クラウド）と陽極（斥力）の間の有効距離のみに依存する、

𝑑

と実効加速電圧

𝑈

. 誤った速度の電子はグリッドに早期に捕捉され、振動の励起に寄与しない。「正しい "電子は、振動する回折格子の速度変調によって形成され、飛行中に空間電荷雲を形成し、回折格子を効果的かつ正しいリズムで再充電する。

In einer als Bremsfeldröhre geschalteten Triode, deren Steuergitter also auf positiverem Potential als die Anode liegt, werden die von der Kathode ausgehenden Elektronen zum Gitter beschleunigt. Ein Teil gelangt durch das positiv geladene Gitter hindurch in den Raum zwischen Gitter und Anode. Die Elektronen gelangen dort in den Feldbereich der negativen „Anode“(besser: Reflektor, vgl. Reflexklystron) und kehren dort um. Ein Teil von ihnen trifft nun nach diesem Umweg das Gitter und entlädt dieses, der Rest gelangt wieder ins Raumladungsgebiet. Die Laufzeit bestimmt diese Pendelfrequenz 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. „Richtige“ Elektronen bilden sich durch die Geschwindigkeitsmodulation des schwingenden Gitters und bilden während des Fluges Raumladungswolken, die das Gitter ihrerseits effektiv und im richtigen Rhythmus umladen.

真空管の設計によっては、電子経路がカソードを回り込んだり、異なる経路長の伝搬経路も可能であるため、発振は通常広帯域で非常にノイズが多い。カソード周囲の空間電荷雲の大きさも加熱パワーに依存するため、平均経路長、したがって周波数

𝑓

もわずかに依存する。励起周波数とグリッド印加電圧の平方根の間には比例関係がある。

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.

おおよそ：

Näherungsweise gilt:

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

Anwendung

この理論的な調査と計算は、後の時間遅延チューブの基礎を築いた。

Die Untersuchungen und Berechnungen zur Theorie schufen die Voraussetzungen für spätere Laufzeitröhren.

バルクハウゼンの短波発振器は研究所で使用され、第二次世界大戦の初期にはUHF発振器や送信機としても使用された。

Barkhausen-Kurz-Oszillatoren dienten in Labors und auch zu Beginn des Zweiten Weltkrieges als UHF-Oszillatoren und -sender.

ブレーキ・フィールド管はその後、いくつかの "干渉効果 "を除けば、実用的な意味を持たなくなった。例えば、ある故障条件下では、テレビのライン端管がバルクハウゼン短振動に入ることがあった。この障害パターンは、画面の端に画面の高さ全体にわたって縦の細いカーテンとして画面上で認識できる。各ラインののこぎり状の電流の流れが通過するとき、振動は常に同じように発生し、周波数と振幅に応じて受信を妨害する。

Eine praktische Bedeutung hat die Bremsfeldröhre später nicht mehr erlangt, sieht man einmal von einigen „Störeffekten“ ab. So konnten Zeilenendröhren in Fernsehgeräten unter bestimmten Fehlerbedingungen in Barkhausen-Kurz-Schwingungen geraten – deren Anode ist während der Zeile negativer als das Schirmgitter. Erkenntlich war das Fehlerbild auf dem Bildschirm als senkrechte schmale Gardinen am Bildrand über die ganze Bildhöhe – während des Durchlaufens des sägezahnförmigen Stromverlaufes jeder Zeile treten die Schwingungen immer gleich auf und stören je nach Frequenz und Amplitude den Empfang.

バルクハウゼンの短波長振動は、長く滑らかなフィラメントがケージ状に誘導された真空「充填」電球でも高周波干渉効果として発生することがある。このような電球は電気照明の黎明期には一般的だったが、現在でも製造されている。電球のバルクハウゼン短波振動は、点灯している電球の近辺でVHF無線受信の妨害を引き起こす可能性がある。

Die Barkhausen-Kurz-Schwingungen können auch als hochfrequenter Störeffekt bei vakuum„gefüllten“ Glühlampen mit langen, glatten, in Form einer Reuse geführten Glühfäden auftreten. Solche Glühlampen waren in der Anfangszeit der elektrischen Beleuchtung üblich, werden aber auch heute noch gefertigt. Die Barkhausen-Kurz-Schwingung der Lampen kann in der Nähe der leuchtenden Glühlampe zu Störungen beim UKW-Rundfunkempfang führen.

バルクハウゼン短波発振は、外部共振器（多くの場合、伝導回路）で周波数安定化することができる。このような配置は、遅延管付き発振器（反射クライストロン、マグネトロン）の前身と言える。ラジオ・アマチュアやホビイストは、この効果を利用して、以前は入手可能な部品ではアクセスできなかった周波数範囲に到達した。

Die Barkhausen-Kurz-Schwingung kann mit einem externen Resonator (oft ein Leitungskreis) frequenzstabilisiert werden, sie ist dann nicht mehr breit-, sondern sehr schmalbandig. Eine solche Anordnung kann als Vorläufer für alle Oszillatoren mit Laufzeitröhren bezeichnet werden (Reflexklystron, Magnetron). Funkamateure und Bastler nutzten den Effekt, um in Frequenzbereiche vorzustoßen, die zumindest früher mit erhältlichen Bauteilen nicht erreichbar waren.

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 (pocnet.net [PDF; 15,0 MB]). 

Einzelnachweise/Fußnoten

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