DE668886C - Discharge tubes operating with new emissions and procedures for operating such - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICHGERMAN EMPIRE

AUSGEGEBEN AM 12. DEZEMBER 1938ISSUED ON DECEMBER 12, 1938

REICHSPATENTAMTREICH PATENT OFFICE

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

M 668886 KLASSE 21g GRUPPE 1319 M 668886 CLASS 21g GROUP 1319

Ernest Gustaf Lindner in Philadelphia, V. St. A.Ernest Gustaf Lindner in Philadelphia, V. St. A.

ist als Erfinder benannt worden.has been named as the inventor.

Radio Corporation of America in New York, V. St. A.Radio Corporation of America in New York, V. St. A.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 28. November 1936 abPatented in the German Empire on November 28, 1936

ist in Anspruch genommen.is used.

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Entladungsvorrichtungen, bei denen ein primärer Elektronenstrom, der beispielsweise von einer Glühkathode oder von einer belichteten lichtempfindlichen Oberfläche ausgeht, durch Verwendung der Erscheinung der Neuemission (Sekundäremission) verstärkt wird.The invention relates to electrical discharge devices in which a primary Electron current generated, for example, from a hot cathode or from an exposed one light-sensitive surface runs out by using the appearance of new emission (Secondary emission) is amplified.

Wenn eine Elektrode einer .Beschießung durch Elektronen ausgesetzt wird, sendet sie Neuelektronen aus. Das Verhältnis der Zahl der Neuelektronen zur Zahl der Primärelektronen hängt zum Teil vom Charakter der beschossenen Oberfläche und zum Teil von der Potentialdifferenz zwischen der Oberfläche und der Elektronenquelle ab. Es ist z. B. ein Verhältnis von fünf oder mehr Neuelektronen für ein aufprallendes Elektron mit in bekannter Weise vorbehandelten Metalloberflächen und mit Entladungen bei 300 bis 400 Volt leicht erhältlich.When an electrode is exposed to electron bombardment, it transmits New electrons from. The ratio of the number of new electrons to the number of primary electrons depends partly on the character of the bombarded surface and partly on the potential difference between the surface and the electron source. It is Z. B. a ratio of five or more new electrons for an impacting electron with metal surfaces pretreated in a known manner and readily available with discharges at 300 to 400 volts.

Die Verwendung von Elektronenvervielfachern zur Gleichrichtung, Verstärkung und Erzeugung von verhältnismäßig niedriger Hochfrequenz in den letzten Jahren war von beträchtlichem Erfolg begleitet. Versuche jedoch, die bisher bekannten Röhren dieser Art für Ultrakurzwellen (beispielsweise für Dezimeterwellen) zu verwenden, haben entweder vollkommen danebengeschlagen oder führten zu unzuverlässigen und unwirtschaftliehen Röhren. Das mag darauf beruhen, daß die bloße Anwesenheit der Vervielfacherelektroden zu einer übergroßen Kapazität führt, oder daß ihre Lage bezüglich der anderen Elektroden so war, daß die Elektronenlaufzeit zu groß wurde.The use of electron multipliers for rectification, amplification and Generation of relatively low radio frequency in recent years was of accompanied considerable success. However, attempts to use the previously known tubes of this Type to use for ultra-short waves (e.g. for decimeter waves) either have completely missed or led to unreliable and uneconomical Tubes. This may be due to the very presence of the multiplier electrodes leads to an oversized capacitance, or that their position with respect to the other electrodes was such that the electron transit time got too big.

Das Ziel der Erfindung besteht demnach darin, eine mit Neuemission arbeitende Entladungsröhre zu schaffen, die auch für ultr; hohe Frequenzen verwendbar ist. Die E] trodenkapazität und die Elektronenlauf: sollen eine kleine Größe besitzen. Ferner das Verhältnis der Neuelektronen zu den Pn* märelektronen bei vorgegebenem Elektrodenmaterial größer gemacht werden. Schließlich ίο soll die Wirtschaftlichkeit eines Kurzwellenoszillators verbessert werden.The object of the invention is therefore to provide a discharge tube operating with new emission to create that also for ultr; high frequencies can be used. The electrode capacity and the electron flow: should have a small size. Furthermore, the ratio of the new electrons to the Pn * Marelectrons can be made larger for a given electrode material. In the end ίο is supposed to be the economy of a shortwave oscillator be improved.

Die Erfindung soll nunmehr an Hand der Zeichnungen beschrieben werden. Eine erfindungsgemäß verwendbare Röhre ist in Abb. ι perspektivisch dargestellt. Es ist eine magnetisch gesteuerte Röhre mit geschlitzter Anode. Sie besteht aus einem hochevakuierten Kolben i, auf dessen Quetschfuß 3 eine Reihe von Elektroden aufgebaut ist. Es sind zwei Anöden 5 und 7 vorgesehen, von denen jede die Form eines Halbzylinders hat. Getragen werden die Anoden 5 und 7 von den leitenden Streben 9 und 11, die in das dem Quetschfuß gegenüberliegende Ende des Kolbens eingeschmolzen sind. Die Streben bilden gleichzeitig eine Lecherleitung zur Fortleitung der Energie in den Außenraum.The invention will now be described with reference to the drawings. One according to the invention Usable tube is shown in Fig. ι in perspective. It's a magnetic one controlled tube with slotted anode. It consists of a highly evacuated piston i, on the pinch foot 3 of which a number of electrodes are built up. There are two anodes 5 and 7 are provided, each of which is in the form of a half cylinder. To be carried the anodes 5 and 7 from the conductive struts 9 and 11 which are in the the pinch foot opposite end of the piston are melted down. The struts form at the same time a Lecher line to transfer the energy to the outside area.

Zur zusätzlichen Abstützung der Anoden 5 und 7 dient eine Stange 6, die die Leiter 9 und 11 mechanisch und elektrisch in einem Knotenpunkt der Lecherleitung verbindet, wenn die Röhre bei der gewünschten Hochfrequenz arbeitet. Die Stange 6 wird in der Mitte unterstützt von einer anderen Stange 8 mit Hilfe eines Drahtes 10 und einer Glasperle 12. Außer der Aufgabe, die Anoden abzustützen, dient die Stange 6 auch als Kurzschluß zwischen diesen für alle Schwingungen, die eine niedrigere Frequenz haben als die gewünschte.A rod 6, which supports the conductors 9, is used to provide additional support for the anodes 5 and 7 and 11 connects mechanically and electrically in a junction of the Lecher line, when the tube is operating at the desired high frequency. The rod 6 is in the Middle supported by another rod 8 with the help of a wire 10 and a glass bead 12. In addition to the task of supporting the anodes, the rod 6 also serves as a short circuit between these for all vibrations that have a frequency lower than the desired one.

Die Kathode 13 besteht aus einem geraden Glühdraht, der koaxial bezüglich der Anoden 5 und 7 angeordnet und an jedem Ende von Leitern 15 und 17 getragen wird, die im +5 Quetschfuß 3 eingeschmolzen sind.The cathode 13 consists of a straight filament which is coaxial with the anodes 5 and 7 and carried at each end by ladders 15 and 17, which in +5 pinch foot 3 have melted.

Mit Hilfe der Magnetspulen 19 wird ein starkes Magnetfeld konstanter Intensität erzeugt, dessen Kraftlinien im wesentlichen parallel zur Achse der Anoden und der Kathode verlaufen. Die Kraftlinien können aber wohlgemerkt auch einen kleinen Winkel zur Achse der Anoden bilden.With the help of the solenoids 19 is a strong magnetic field of constant intensity is generated whose lines of force are essentially parallel run to the axis of the anodes and the cathode. Mind you, the lines of force can also make a small angle to the axis of the anodes.

Erfindungsgemäß werden elektrostatische Endplatten 21 und 23 vorgesehen, deren Innenflächen durch Cäsium geeignet vorbehandelt sind, um sie zu Neuemission zu befähigen. Diese Platten 21 und 23 sind auf gegenüberliegenden Seiten der Anoden 5 und7 in irgendeiner geeigneten Weise angebracht, beispielsweise mit Hilfe von Streben 25 bzw. 27, die aus dem Quetschfuß herausragen. Die neuemissionsfähigen Endplatten werden gegenüber der Kathode 13 auf positivem Potenzial gehalten. Im allgemeinen werden die ifektrostatischen Platten auf dem gleichen IjStential gehalten, obwohl es in einigen Fäll'ffn wünschenswert sein kann, ihnen eine ge-"■'wisse Potentialdifferenz mitzuteilen.According to the invention, electrostatic end plates 21 and 23 are provided, whose Inner surfaces are suitably pretreated with cesium in order to enable them to emit new ones. These plates 21 and 23 are on opposite sides of the anodes 5 and 7 attached in any suitable way, for example with the help of struts 25 or 27 protruding from the pinch foot. The new emissive end plates are opposite the cathode 13 held at positive potential. In general, the ifectrostatic plates on the same IjStential held, although in some cases it was It may be desirable to give them some knowledge To communicate potential difference.

Die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Elektronenvervielfachers wird an Hand der Abb. 2, die einen Querschnitt durch die Elektrode in vergrößertem Maßstabe darstellt, verständlich. In der Abbildung ist die ungefähre Verteilung der elektrostatischen Kraftlinien angedeutet, und zwar ist diese Verteilung die des in der Zeichenebene verlaufenden Feldes. Um die Zeichnung zu vereinfachen, sind die Kraftlinien in der linken oberen und der rechten unteren Hälfte der Abbildung nicht eingezeichnet. Wie in Abb. 1 sind die Kathode mit 13, die Anode mit 7 und die neu-■ emissionsfähigen Endplatten mit 21 und 23 bezeichnet.The operation of the electron multiplier according to the invention is based on the Fig. 2, which shows a cross-section through the electrode on an enlarged scale, understandable. In the figure is the approximate distribution of the electrostatic lines of force indicated, and this distribution is that of the one running in the plane of the drawing Field. To simplify the drawing, the lines of force are in the top left and the lower right half of the figure is not shown. As in Fig. 1, the Cathode with 13, the anode with 7 and the new ■ emission-capable end plates with 21 and 23 designated.

Die nach oben und parallel zur Kathode verlaufenden punktierten Schraubenlinien 31 und die ähnlich nur entgegengesetzt, d.h. nach unten verlaufenden Schraubenlinien 33 zeigen den typischen Weg eines primären Elektrons für den Fall, daß das magnetische und das elektrische Feld auf eine solche Stärke eingestellt ist, daß die Röhre mit höchster Wirtschaftlichkeit arbeitet. Unter diesen Bedingungen bewegen sich die aus der Kathode austretenden Primärelektronen 31 und 33 längs Schraubenbahnen zur nächsten Endplatte. Die Grenze der Elektronenbahnen in der zur Kathode senkrechten Richtung ist durch die Einstellung des Magnetfeldes und in gewissem Maße durch das Anodenpotential bestimmt. In keinem Falle ist aber die Intensität dieses Feldes und/oder das Anodenpotential derart, daß die Primärelektronen die Anoden 7 und 5 streifen oder anderswie berühren können. Durch das von den Endplatten erzeugte elektrostatische Feld werden die Primärelektronen dorthin beschleunigt, so daß sie gegen die Endplatten prallen und dort Neu- oder Stoßelektronen 31', 33 auslösen. Die ausgelösten Neuelektronen 31', 33' wer- : den ihrerseits zur stärker positiven Anode 7 gezogen. Auch sie beschreiben auf ihrem Wege zu dieser Elektrode gekrümmte Bahnen. Ein sehr realer Vorteil des erfindungsgemäßen Elektronenvervielfachers besteht im folgenden: Das Verhältnis der Neuelektronen zu den Primärelektronen ist größer als mit den bisherigen Vorrichtungen zu erzielen war. Das beruht darauf, daß die große Mehrzahl derPrimärelektronen(3i,33) die neuemissionsfähigen Elektronen 21, 23 notwendigerweise unter einem spitzen Winkel treffen, so daß sie diese Fläche nur streifen, Dadurch werdenThe dotted helical lines 31 running upwards and parallel to the cathode and which similarly show only opposite, i.e. downwardly extending helical lines 33 the typical path of a primary electron in the event that the magnetic and the electric field is set to such a strength that the tube with the highest economic efficiency is working. Under these conditions, those from the cathode move exiting primary electrons 31 and 33 along screw paths to the next end plate. The limit of the electron trajectories in the direction perpendicular to the cathode is determined by the setting of the magnetic field and determined to some extent by the anode potential. In no case is the intensity this field and / or the anode potential such that the primary electrons the Anodes 7 and 5 can strip or otherwise touch. By that from the end plates generated electrostatic field, the primary electrons are accelerated there, so that they hit the end plates and trigger new or impact electrons 31 ', 33 there. The triggered new electrons 31 ', 33' in turn become the more positive anode 7 drawn. They too describe curved paths on their way to this electrode. A very real advantage of the electron multiplier according to the invention is that following: The ratio of the new electrons to the primary electrons is greater than with the previous devices was to be achieved. That is because the great majority of the primary electrons (3i, 33) the newly emissive electrons 21, 23 necessarily meet at an acute angle so that they just graze this surface, thereby becoming

mehr Neuelektronen ausgelöst, als wenn die Flächen senkrecht getroffen werden. Das Aufprallen unter einem spitzen Winkel ergibt für Elektronen hoher Geschwindigkeit eine größere Ergiebigkeit, da sie weniger tief in das Metall eindringen, so daß die Neuelektronen leichter entweichen können.more new electrons are released than if the surfaces are hit vertically. The impact at an acute angle gives higher productivity for high velocity electrons because they are less deep in penetrate the metal so that the new electrons can escape more easily.

Die eben beschriebene Erscheinung ist besonders für Röhren für UltrahochfrequenzThe phenomenon just described is particularly true for ultra-high frequency tubes

to vorteilhaft, da es unter dieser Bedingung nicht immer angängig ist, eine Anzahl von aufeinanderfolgenden Vervierfacherstufen in einem einzigen Kolben anzuordnen, wiie es bei Röhren für niedrige Frequenzen üblich ist.to advantageous, since under this condition it is not always possible to have a number of consecutive To arrange quadruple stages in a single flask, as is the case with tubes is common for low frequencies.

Man darf aus obiger Beschreibung nicht schließen, daß die Erfindung genau auf die in Abb. ι dargestellte Ausführungsform beschränkt ist. Ganz offenbar kann nämlich die zweiteilige Elektrode 5, 7 durch eine einzigeOne should not conclude from the above description that the invention is based precisely on the in Fig. Ι illustrated embodiment is limited. Obviously, the two-part electrode 5, 7 by a single one

ao Anode ersetzt werden, wobei dann auch die zweiteilige Zuleitung 9 und 11 überflüssig wäre. Ferner kann an Stelle der in Abb. 1 dargestellten Glühkathode 13 auch eine lichtempfindliche Elektrode 53, Abb. 3, als Quelleao anode are replaced, with the two-part supply line 9 and 11 then also being superfluous were. Furthermore, instead of the hot cathode 13 shown in FIG. 1, a light-sensitive cathode can also be used Electrode 53, Fig. 3, as a source

der Primärelektronen benutzt werden. Abb. 3 zeigt einen Querschnitt einer anderen erfindungsgemäßen Anordnung, bei der die Elektroden symmetrisch um die mittlere Achse eines lichtdurchlässigen Kolbens 1 angeordnet sind. Die längs dieser Achse verlaufende lichtempfindliche Primärquelle 53 wird von einem einheitlichen beiderseitig offenen Anodenzylinder 55 vollkommen umhüllt. Die Anode 5 5 besteht aus Drahtnetz oder ist in anderer Weise durchbrochen ausgeführt, um das von einer äußeren Quelle oder auch von einem Spiegel 65 kommende Licht (welches entweder von gleicher Intensität oder fluktuierend sein kann) auf die lichtempfindliche Kathode 53 auffallen zu lassen. In der Nähe jedes Endes ist eine Endplatte 61, ohne die Anode zu berühren, angeordnet, wie bereits im Zusammenhang mit Abb. 1 beschrieben wurde. Die Innenflächen dieser Elektroden sind mit Cäsium oder einem anderen geeigneten Material behandelt, um sie zu Neuemission zu befähigen.of the primary electrons are used. Fig. 3 shows a cross section of another according to the invention Arrangement in which the electrodes are arranged symmetrically about the central axis of a transparent bulb 1 are. The light-sensitive primary source 53, which runs along this axis, is provided by a unit which is open on both sides Anode cylinder 55 is completely encased. The anode 5 5 consists of wire mesh or is in another Executed in a broken manner, in order to obtain that from an external source or even from one Mirror 65 incoming light (which is either of the same intensity or fluctuating can be) on the photosensitive cathode 53 to fall. Near each At the end, an end plate 61 is arranged without touching the anode, as already in connection with Fig. 1 was described. The inner surfaces of these electrodes are with Treated cesium or other suitable material in order to re-issue them enable.

Abb. 4 zeigt schematisch eine Anordnung mit einer erfindungsgemäßen Röhre zur Erzeugung von ultrahochfrequenten Schwingungen. Die Anode 55_a, von der angenommen sei, daß sie aus einem Stück besteht, dient nicht als Ausgangselektrode, sondern soll die Primärelektronen beschleunigen und die von den emittierenden Elektroden ausgehenden Neuelektronen auffangen. Benutzt wird die negative Widerstandscharakteristik, die man im Endplattenkreis wegen der Neuemissionscharakteristik dieser Elektroden 6i_a, 63_a erhält. Die Endplatten sind über einen abgestimmten L-C-Kreis miteinander verbunden, die Ausgangsenergie wird durch geeignete Ankopplung, in der Zeichnung symbolisch durch die Spule 0, P angedeutet, abgenommen. Durch den in die Magnetspule 19 einge- ⁶S zeichneten Pfeil und das an der Spannungs-. quelle B₁ liegende Potentiometer P₁ für die-Endplatten wird angedeutet, daß die Intensität der elektromagnetischen und elektrostatischen Felder einstellbar ist, um optimalen Betrieb zu sichern.Fig. 4 shows schematically an arrangement with a tube according to the invention for generating ultra-high-frequency vibrations. The anode 55 _a , of which it is assumed that it consists of one piece, does not serve as an output electrode, but is intended to accelerate the primary electrons and to collect the new electrons emanating from the emitting electrodes. The negative resistance characteristic is used, which is obtained in the end plate circle because of the new emission characteristics of these electrodes 6i _a , 63 _a . The end plates are connected to one another via a coordinated LC circuit, the output energy is taken off by suitable coupling, indicated symbolically in the drawing by the coil 0, P. Through the coil 19 in the magnetic einge- ⁶ S recorded at the arrow and the voltage. source B ₁ lying potentiometer P ₁ for the end plates, it is indicated that the intensity of the electromagnetic and electrostatic fields can be adjusted to ensure optimal operation.

Abb. 5 zeigt die erfindungsgemäße Röhre in einer Verstärkerschaltung für ultrahochfrequente Schwingungen, die mit Hilfe des Transformators T₁ dem abgestimmten Anodenkreis L₁, C₁ aufgedrückt werden. In diesem Falle sind die elektrostatischen und magnetischen Felder so eingestellt, daß die Elektronen ihre Kreisbahnen mit einer Frequenz durchlaufen, die gleich der der Anode aufgedrückten Schwingungen ist. Wenn die Frequenzen gleich sind, erhält man eine Resonanz zwischen der Elektronenbewegung und den angelegten Hochfrequenzspannungen. Daraus folgt, daß die Elektronen Energie aufnehmen und die Endplatten 6i_b und 63^ mit gesteigerter Geschwindigkeit treffen und dadurch noch mehr Neuelektronen auslösen. Als Folge der angewachsenen Neuemission wächst auch die Steilheit der negativen Widerstandscharakteristik. Die am abgestimmten Ausgangskreis L₂, C₂ erscheinenden Schwingungen besitzen also eine vergrößerte Amplitude.FIG. 5 shows the tube according to the invention in an amplifier circuit for ultra-high-frequency oscillations which are pressed onto the tuned anode circuit L ₁ , C ₁ with the aid of the transformer T _1. In this case, the electrostatic and magnetic fields are set so that the electrons run through their orbits with a frequency that is equal to the vibrations imposed on the anode. If the frequencies are the same, a resonance is obtained between the movement of the electrons and the applied high-frequency voltages. It follows that the electrons absorb energy and hit _{the end plates 6i b} and 63 ^ with increased speed and thereby release even more new electrons. As a result of the increased new emission, the steepness of the negative resistance characteristic also increases. The oscillations appearing at the matched output circuit L ₂ , C ₂ therefore have an increased amplitude.

Der Fachmann übersieht ohne weiteres, daß ' die Erfindung außer den dargestellten Beispielen weitere Abwandlungen zuläßt.The person skilled in the art easily overlooks the fact that the invention apart from the examples shown allows further modifications.

Claims (5)

Patentansprüche .-Claims .- 1. Mit Neuemission arbeitende Entladungsröhre, bei der eine Kathode koaxial von einer ein- oder mehrteiligen positiven Elektrode umgeben und ein äußeres, im ' wesentlichen parallel oder etwas geneigt zur Kathode verlaufendes Magnetfeld vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die offenen Stirnseiten des Entladungsraumes von je einer gegenüber der Kathode positiven und neuemissionsfähigen, die positive Elektrode nicht berührenden Elektrode abgedeckt ist.1. New emission discharge tube with a cathode coaxial surrounded by a one-part or multi-part positive electrode and an outer 'im' A magnetic field running essentially parallel or slightly inclined to the cathode is provided is, characterized in that the open end faces of the discharge space of one opposite the cathode positive and newly emissive electrode that does not touch the positive electrode is covered. 2. Entladungsröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode aus einem geraden Glühdraht besteht.2. Discharge tube according to claim 1, characterized in that the cathode consists of a straight filament. 3. Entladungsröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode aus einem geraden, lichtempfindlichen Stab besteht.3. Discharge tube according to claim 1, characterized in that the cathode consists of a straight, light-sensitive rod. 4. Schaltung zur Erzeugung oder Verstärkung ultrahochfrequenter elektrischer Schwingungen unter Verwendung einer Entladungsröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Endelektro-4. Circuit for generating or amplifying ultra-high frequency electrical Vibrations using a discharge tube according to claim 1, characterized in characterized that the end electrical den über einen Schwingungskreis, von dem die Ausgangsenergie abgenommen werden kann, miteinander verbunden sind.via an oscillating circuit from which the output energy is drawn can, are connected to each other. 5. Verfahren zum Betrieb einer Entladungsröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Potentiale der Elektroden und die Stärke des Magnetfeldes so gewählt sind, daß die aus der Kathode austretenden und sich auf Schraubenbahnen bewegenden Primärelektronen die positive Elektrode oder Anode nicht berühren. 5. The method for operating a discharge tube according to claim 1, characterized in that that the potentials of the electrodes and the strength of the magnetic field are chosen so that that from the cathode exiting and moving on helical paths the primary electrons Do not touch the positive electrode or anode. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings