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Elektrische Entladungseinrichtung.
Gegenstand der Erfindung ist eine elektrische Entladungseinrichtung mit einer elektrischen
Entladungsröhre, bei der die Erscheinung der Elektronenbündelung ausgenutzt wird.
Durch viele Jahre hat man angenommen, dass bei den üblichen Entladungsröhren die Elektronen sich verhältnismässig gleichmässig verteilt in der Röhre bewegen und dass sie bei den mit einer Kathode, einem oder mehreren Gittern und einer Anode versehenen Röhren durch Gitterspannungen hauptsächlich hinsichtlich ihrer Menge, aber nur wenig in ihrer räumlichen Verteilung beeinflusst werden. Nähere Untersuchungen haben nun ergeben, dass diese Auffassung nicht ganz zutrifft, sondern dass die aus der Kathode austretenden Elektronen in grösserem oder geringerem Masse zu Bündeln vereinigt werden und diese Bündelung dann von in der Röhre weiter entfernt liegenden Elektroden zunichte gemacht wird.
Diese Elektronenbündelung hat man sich schon zu Nutze gemacht, u. zw. insbesondere bei der Herstellung von mit einem Schutzgitter versehenen Entladungsröhren, um den Schutzgitterstrom möglichst herabzusetzen, wobei bei der Herstellung solcher Röhren dafür Sorge getragen wurde, dass die wirksamen Teile zweier oder mehrerer zwischen Kathode und Anode hintereinander liegender Gitter in denselben zur Kathodenoberfläche senkrechten Flächen angeordnet wurden. Bei einer solchen Bauart ist dann der zum von der Kathode aus gerechnet, zweiten, dritten oder folgenden Gitter gehende Strom sehr gering, auch wenn es sich dabei um ein positives Gitter, z. B. um ein Schutzgitter, handelt.
In diesen Fällen wird der aus der Kathode austretende Elektronenstrom zu einer grossen Anzahl Bündel von etwa kreisförmigem Querschnitt vereinigt, die dann nicht ohne gegenseitige Beeinflussung die Röhre durchlaufen.
Eine weitere Anwendung von Elektronenbündeln findet in sogenannten Kathodenstrahlröhren statt, bei denen die aus der Kathode austretenden Elektronen zu einem einzigen Bündel vereinigt werden, das dann die Röhre durchläuft und schliesslich auf einen Fluoreszenzschirm oder auf eine oder mehrere Anoden auftreffen kann. Im letzteren Falle kann die Röhre als Detektor oder Verstärkerröhre verwendet werden ; eine solche Röhre hat aber eine sehr geringe Nutzleistung, und im Vergleich mit den üblichen Verstärkerröhren wird nur ein sehr kleiner Teil der Kathodenemission nutzbar gemacht, so dass nur eine sehr geringe Steilheit erreicht werden kann.
Die Untersuchungen der Anmelderin haben nun dazu geführt, dass die Bündelung der aus einer Kathode austretenden Elektronen derart nutzbar gemacht werden kann, dass eine Röhre mit gebündelten Elektronen erhalten wird, die nicht nur dieselben Kennlinien wie eine übliche Verstärkerröhre aufweist, sondern mit Hilfe welcher auch noch besondere Vorteile erzielt werden.
Zu diesem Zwecke benutzt die Erfindung eine elektrische Entladungsvorrichtung, bei der die aus der Kathode austretenden Elektronen über einen wesentlichen Teil der Entladungsstrecke zu Bündeln mit einem im wesentlichen rechteckigen Querschnitt, dessen Längsabmessung parallel zur Längsrichtung der Kathode liegt, vereinigt werden ; und gemäss der Erfindung werden in der Nähe der Kathode Elektrodenteile vorgesehen, die entsprechend dem ihnen erteilten Potential die Elektronenbündel durch Änderung der Bündelbreite beeinflussen bzw. steuern.
Bei einer solchen Einrichtung, wobei die Abmessung des Querschnittes der Elektronenbündel parallel zur Längsrichtung der Kathode gross ist im Verhältnis zur andern Querschnittsabmessung, führen die Bündel bei niedrigen Elektrodenspannungen einen verhältnismässig grossen Strom ; und die
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Breite solcher Bündel ist leicht und wirksam zu beeinflussen mit Hilfe seitwärts derselben angeordneter
Leiter, an welche die betreffenden Potentiale angelegt werden.
Eine besondere Ausführungsform der Erfindung enthält eine elektrische Entladungsröhre mit einer mittelbar geheizten Kathode, die von einem gewöhnlichen Steuergitter umgeben ist, dessen in der Nähe der Halteteile befindliche Teile von Schirmen umgeben sind, so dass die aus der Kathode austretenden Elektronen nur als zwei voneinander getrennte Elektronenbündel aus der Oberfläche dieses Gitters austreten. Um das Steuergitter sind dann die weiteren in der Röhre befindlichen Elek- troden kreiszylindrisch angeordnet, Die z. B. als Schutzgitter und Fanggitter zu verwendenden Elek- troden sind als Metallzylinder ausgebildet, in denen sich Öffnungen befinden, durch welche die Elek- tronenbftndel hinclurchtreten können und welche die Maximalbreite des Bündels bestimmen.
Schliesslich treffen die Bündel eine Anode, die in Form eines Zylinders um das ganze Elektrodensystem herum an- geordnet ist oder aus mehreren Teilen bestehen kann, die gegenüber den Öffnungen der übrigen Elek- troden, durch welche die Elektronenbündel hindurchgehen, angeordnet sind.
Die bündelformende Elektrode kann nach einer andern Ausführungsform der Erfindung aus einigen, z. B. stabförmigen Teilen bestehen, die in der Nähe der Kathode angeordnet sind. Die Kathode und diese Stäbe können dann von einer oder mehreren Elektroden umgeben sein, in denen sich Öff- nungen befinden, durch welche die Elektronen in Form von Bündeln hindurchgehen. In diesem Falle wird die Bündelbreite durch das Potential der stabförmigen Organe bestimmt. Bei dieser Ausführungs- form kann die Form der Anodenstromgitterspannungskennlinie weitgehend beeinflusst werden, weil nämlich durch Regelung der Breite der Bündel bzw. Änderung der Spannung der bündelformenden
Elemente bewirkt werden kann, dass bestimmte Elektroden in der Röhre mehr oder weniger Strom aufnehmen.
Bei einer andern Ausführungsform der Erfindung sind in einer elektrischen Entladungsröhre beiderseits einer mittelbar geheizten Kathode zwei Stäbe angeordnet ; hinter denen sich zwei halbkreis- zylindrische Körper befinden, die zusammen eine Elektrode bilden. Die Elektronenbündel, in diesem
Falle zwei Bündel, werden durch die Öffnungen zwischen den Halbzylindern geführt und können dann gegebenenfalls weiter hinter diesen Öffnungen angeordnete Elektroden erreichen. Zweckmässig wird dann in diesem letzteren Raum eine z. B. aus zwei Stäben oder kleinen Platten bestehende Elektrode angeordnet, während das ganze Gebilde von einer vollen Elektrode umgeben wird. Durch Änderung der an die beiderseits der Kathode angeordneten Stäbe angelegten Spannung ändert sich die Bündel- breite und damit der zu den verschiedenen Elektroden gelangende Strom.
Durch entsprechende Anord- nung und Formgebung der verschiedenen Elektroden kann dann die Steilheitscharakteristik der Röhre weitgehend beeinflusst werden. Es kann z. B. mit einer Anordnung nach der vorliegenden Erfindung eine geradlinige Charakteristik erhalten werden, während es anderseits auch möglich ist, die-Verhältnisse so zu wählen, dass eine Röhre mit fallender Charakteristik erhalten wird. Ganz allgemein kann durch entsprechende Anordnung und insbesondere auch Profilierung von sogenannten Auffangelektroden, d. h. von Elektroden, die knapp vor einer Anode angeordnet sind und bei Änderung der Gitterspannung mehr oder weniger Strom aufnehmen, eine Steilheitscharakteristik jeder beliebigen Form erhalten werden.
(Unter Profilierung ist hier eine von der normalen runden oder rechteckigen Form abweichende unregelmässige, z. B. konische trapezförmige oder Einschnitte od. dgl. aufweisende Ausgestaltung der Elektroden zu verstehen. )
Es versteht sich, dass der Elektronenstrom auch in mehr als zwei Bündel, z. B. in vier Bündel, unterteilt werden kann. Es werden dann um die mittelbar geheizte Kathode herum vier Stäbe an- geordnet, zwischen denen die Elektronen in Form von vier Bündeln hindurchgehen. Diese Stäbe können in bestimmten Fällen sehr nahe der Kathodenoberfläche angeordnet werden ; so kann man z.
B. von einer profilierten Kathode Gebrauch machen, die an einigen Stellen ihrer Oberfläche über ihre ganze Länge geringere radiale Abmessung als an den übrigen Stellen hat, und den ersteren Stellen gegenüber die bündelformenden Stäbe anordnen. Durch diese Stäbe in Zusammenwirkung mit der
Form der Kathode wird eine vorzügliche Bündelwirkung erhalten ; während ausserdem Stäbe. an solchen
Stellen angeordnet sind, dass sie nicht zu Verzerrungen des elektrischen Feldes Anlass geben. Wiewohl die bündelformenden Elemente sich in unmittelbarer Nähe der Kathodenoberfläche befinden können, weisen diese Körper doch kein Kathodenpotential auf. In den meisten Fällen bilden nämlich diese
Körper zugleich das Steuergitter der Röhre.
Es ist aber auch möglich, die Funktionen von Bündel- bildung und Steuerung des Elektronenstroms zu teilen und zu diesem Zweck die mittelbar geheizte
Kathode einer Entladungsröhre gemäss der Erfindung unter anderm mit zwei Elektroden zu umgeben, von denen die eine als Eingangssteuergitter wirkt, während durch das Potential der andern, die wieder z. B. aus einigen Stäben bestehen kann, die Form der Elektronenbündel bestimmt wird.
Die Erfindung ist in der Zeichnung durch Ausführungsbeispiele schematisch veranschaulicht.
In Fig. 1 bezeichnet 1 eine mittelbar heizbare Kathode, die von einem Steuergitter 2 ganz um- geben ist. Diese Elektrode ist in diesem Fall als eine bündelnde Elektrode aufzufassen ; auf den Seiten, auf denen die Haltedrähte 3 des Gitters angeordnet sind, ist dieses Gitter von Schirmen 4 umgeben, so dass die aus der Kathode austretenden Elektronen ungefähr in der durch die eingezeichneten Pfeile angedeuteten Weise in zwei Bündeln aus dem Steuergitter austreten. Ferner ist schematisch veran-
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anschaulicht, dass um den Teil um die Kathode herum, wo sich die Elektronenbündel nicht befinden, mehrere Gitter 5 und 6 angeordnet sein können. Der ganze Elektrodensatz wird schliesslich mit einer Anode 7 umgeben.
In Fig. 2 ist ein Beispiel einer Schaltanordnung mit einer Röhre nach der Fig. 1 veranschaulicht.
Die gleichen Teile, sind in beiden Figuren mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Wie aus Fig. 2
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bei der das Gitter 2 als Steuergitter verwendet wird und die Elektrode 5 an ein positives Potential angeschlossen ist und als Schirmgitter dient, wobei die Elektrode 6 direkt mit der Kathode verbunden ist und als Fanggitter Anwendung findet. Die Anode 7 ist nur dem Teil der Kathode und des Steuergitters gegenüber angeordnet, der nicht von den zwischenliegenden Elektroden umgeben ist. Es hat sieh ergeben, dass sich mit solchen Röhrenaufbauten grosse Steilheiten erzielen lassen und auch noch andere Vorteile ; es ist z. B., sogar wenn das Schirmgitter ein ziemlich hohes positives Potential aufweist, die Anodenschirmgitterkapazität bzw. deren Wirkung besonders gering.
Ausserdem kann man diese Bauart derart ausführen, dass so gut wie keine Elektronen an der Anode vorbeigehen können, so dass das Auftreten von Wandladungen auf ein Mindestmass herabgesetzt werden kann.
In diesem Fall dient die Elektrode, welche die aus der Kathode austretenden Elektronen zu
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wie dies in Fig. 3 ganz schematisch dargestellt ist. In dieser Figur bezeichnet 8 eine Kathode, die von dem Gitter 9 umgeben ist, das als Steuergitter verwendet werden kann und um das herum eine Elektrode 10 angeordnet ist, die dazu verwendet werden kann, die Elektronen hinter dem Steuergitter zu bündeln, was in diesem Fall in zur Längsrichtung der Kathode parallelen Bündeln erfolgt. Es ist hiebei vorteilhaft, wenn die wirksamen Teile der in der Röhre weiter entfernten Elektroden mit den wirksamen Teilen der bündelnden Elektrode zusammenwirken.
Selbstverständlich können die Funktionen der vorerwähnten Elektroden auch umgekehrt werden, so dass zwischen Kathode und Anode zunächst eine die Bündelung bewirkende Elektrode und nach dieser das Steuergitter in der Röhre angeordnet ist.
Eine Bauart, mittels welcher die Möglichkeiten der Beeinflussung der Steilheitscharakteristik sich verwirklichen lassen, ist in Fig. 4 beispielsweise dargestellt. Die schematische Anordnung nach dieser Figur umfasst u. a. eine Kathode 31, eine z. B. aus einigen Stäben bestehende Elektrode 32, ein Gitter 33, eine Elektrode 34 und eine als Anode verwendbare Elektrode 35 ; es ist ersichtlich, dass durch Anlegen bestimmter Spannungen an die verschiedenen Elektroden Bündel von verschiedener Grösse erhalten werden können, wodurch bestimmte Kennlinien erzielt werden können.
Eine Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung kann auch derart gebaut sein, dass sie eine negative Steilheit ergibt. In diesem Fall hängt die Erzielung dieser negativen Steilheit nicht von der Anwesenheit sekundärer Elektronen aussendender Elektroden oder virtueller Elektronenquellen, sondern ausschliesslich von der Form und Anordnung der Elektroden und von den an diese Elektroden angelegten Spannungen ab.
In Fig. 5 ist eine Vorrichtung dargestellt, mittels welcher eine solche fallende Kennlinie erhalten werden kann. Sie enthält eine Kathode 36, die an einen Punkt 37'einer Batterie 37 angeschlossen ist. Ferner ist in der Röhre eine negative Steuerelektrode 38, die an das negative Ende 39 derselben Batterie angeschlossen ist, eine positive Elektrode 40, eine aus stabförmigen Gliedern bestehende positive Elektrode 41 und eine auf einem kleinen positiven Potential gehaltene Elektrode 42 angeordnet. Es hat sich als möglich erwiesen, die Potentialverteilung der Elektroden und ihre Anordnung derart zu wählen, dass die Elektronen auf einen zwischen den Elektroden 41 und 42 liegenden Punkt gleichsam
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der Elektroden entsprechend ändert.
Wie bereits erwähnt, ist die Anwendung der Erfindung nicht auf Röhren mit zwei Bündeln beschränkt, sondern es können auch mehr Elektronenbündel, z. B. drei, vier oder mehr, zur Verwendung kommen. Es ist aber zweckmässig, die Bündelzahl verhältnismässig gering zu halten, was insbesondere bei solchen Röhren wichtig ist, bei denen mehrere Funktionen in einer Röhre vereinigt sind, wie z. B. bei den Hexoden und Oktodenröhren. In einer Röhre oder Vorrichtung gemäss der Erfindung sind die Elektronen zu Bündeln vereinigt, die einander weit weniger als die Elektronenströme üblicher Röhren beeinflussen und die daher mit Vorteil für die verschiedensten Zwecke Anwendung finden können.
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