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Kopfstromverstärker Die Erfindung bezieht sich auf sog. Kopf -strömverstärker,
bei welchen leine Hilfsentl,adung als Quelle von Elektronen dient, deren Übergang
nach einer Anode @(Verstärkeranode) durch eine oder mehrere Steuerelektroden (insbesondere
Steuergitter) beeinflußt werden kann. Blei derartigen Verstärkerröhren geht die
Hilfsentladung zwischen einer Kathode (beispielsweise einer Oxydkathode) und einer
mit öffnungen versehenen Hilfsanode (Brennanode) über. Die Steuerelektroden und
die Verstärkeran:ode befinden sich auf der der Hilfsientladung abgewandten Seite
der Brennanode. Es ist bekannt, bei derartigen Verstärkern den Abstand zwischen
Brennanode und Verstärkeranode kleiner als die mittlere freie Weglänge des Gasies
oder Dampfes zu machen, in welchem die Hilfsentladung übergeht, um zu vermeiden,
daß die Hilfsentladung unmittelbar nach der Verstärkeranode überspringt. Versuche
haben ergeben, daß die, Abstände zwischen Brennanode und Verstärkerano.dezweckmäßig
nur ein Zehntel der mittleren freien Weglänge betragen sollen. Bei den in der Fabrikation
ohne besondere Schwierigkeiten noch zu bieherrschenden Elektrodenabständen von etwa
2 mm zwischen Brennanode und Verstärkeranode kommt man dabei zu Gasdrücken zwischen
z X io-3 bis 5 X Io-3 Torr. Bei den praktisch in Betracht kommenden Elektrodenabständen
zwischen Brennanode und Kathode ergibt sich unter diesen Verhältnissen eine merkbare
Behinderung der Hilfsientladung, so daß man Brennsp.gnnungen in der Größenordnung
von 25 bis 3o Volt und mehr erhält. Man stellt ferner fest, daß die Steilheit
dieser Rohre kleiner ist, als man erwarten kann. Der Grund hierfür liegt offenbar
darin, daß ein Teil der Elektronen der Hilfsentladung mit großer Geschwindigkeit
durch die Maschen der Brennanode hindurch in den Steuerraum eintritt und dort durch
das Steuergitter nur schwer beeinflußt werden kann. Durch die rasch fliegenden Elektronen
wird ferner der Gitterstrom merklich vergrößert, da sie imstande sind, gegen eine
erhebliche negative Gitterspannung ,anzulaufen.
Einen ähnlichen
Einfluß hat auch der Umstand, daß die Elektronentemperatur in der Hilfsentladung
bei den niedrigen Gas- oder Dampfdrücken verh@ältnismäßäg groß ist und deshalb eine
hohe Anzahl schneller Elektronen in den Verstärkerraum eintreten.
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Gemäß der Erfindung kann man bei einem Kopfstromverstärker der erwähnten
Bauart, bei welchem der Gasdruck in der Größenordnung von i o-3 Torr liegt, die
Steilheit dadurch erhöhen, wenn man ein Magnetfeld anwendet, dessen Kraftlinien
im wesentlichen quer zum Weg der Ladungsträger im Hilfsentladungsraum verlaufen.
Die Wirkung dieses Feldes besteht darin, daß die Elektronenbewegung so beeinflußt
wird, daß in der Nähe der Brennanode keine störend großen Bewegungskomponenten in
Richtung gegen den Steuerraum vorhanden sind. Hierdurch unterscheidet sich der Gegenstand
der Erfindung von den bereits bekannten Kopistromverstärkern mit Magnetfeld, bei
welchen das Feld im wesentlichen in Richtung des Elektronenweges verläuft und deshalb
auf die in Richtung gegen den Steuerraum liegenden Bewegungskomponenten , keinen
Einfluß ausüben kann. Aus diesem Grunde bleiben bei den bekannten Anordnungen die
hohen, die Steilheit vermindernden Elektronengeschwindigkeiten erhalten. Durch die
Erhöhung der Steilheit beim Anmeldungsgegenstand wird der mit einer Röhre gegebener
Bauart zu übertragende Frequenzbereich verbessert.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Abbildungen dargestellt.
i ist ein beispielsweise mit einem Edelgas oder Edelgasgemischen von einem zwischen
i X io-, bis 5 X io-3 Torr liegenden Druck gefülltes Entladungsgefäß. a ist eine
Glühkathode, 3 eine gitterförmige zylindrische Brennanode, zu der die als Elektronenquelle
dienende Hilfsentladung übergeht. q. ist ein Steuergitter, 5 die Verstärkeranode.
Es sei angenommen, daß der Abstand zwischen Brennanode 3 und Verstärkeranode 5 etwa
2 mm und der Abstand zwischen Brennanode und Kathode etwa 15 bis 2o mm betrage.
Der Abstand zwischen Brennanode und Verstärkeranode beträgt dann etwa 1/1o der mittleren
freien Weglänge des Gases bzw. Dampfes, während der Abstand zwischen der Glühkathode
undder Brennanode mit der mittleren freien Weglänge vergleichbar ist. Auf diese
Weise gelingt es, einerseits die Entladung zwischen Brennanode und Verstärkeranode
genügend zu behindern, andererseits die Hilfsentladung, wenn, wie im vorliegenden
Fall, die Kathode eine Glühkathode ist, bei so kleinen Elektrodenabständen aufrechtzuerhalten,
daß die Abmessungen der Röhre noch nicht unbequem groß werden. Auch läßt sich der
Spannungsabfall in der Hilfsentladungsbahn bei dieser Anordnung in mäßigen Grenzen
halten. 6 ist eine über das Entladungsgefäß geschobene Magnetspule, mit deren Hilfe
im Entladungsraum ein Magnetfeld aufrechterhalten wird. Dieses Magnetfeld durchsetzt
zwar auch den Raum zwischen Brennanode 3 und Verstärkeranode 5, wegen der geringen
Abstände und der größeren Geschwindigkeit der im Verstärkersystem beschleunigten
Elektronen kann es aber hier nicht zu einer wesentlichen Verbesserung der Ionisierungsbedingungen
führen, so daß die Gefahr des Durchzündens der Hilfsentladung zur Verst.ärkeranode
vermieden bleibt.
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Bei den in den Abb. i und a dargestellten Ausführungsbeispielen steht
das Magnetfeld in allen Teilen des Hilfsentladungsraumes im wesentlichen quer zum
Weg der Ladungsträger. Wenn man sich damit begnügt, daß die Wirkung des Magnetfeldes
nur in den wesentlichsten Teilen des Hilfsentladungsraumes in der oben beschriebenen
Weise wirksam ist, dann kann man bei der Anwendung zylindrischer Elektroden das
Magnetfeld aueli quer zur Achse der Elektroden stellen. Da die Entladung bei zylindrischen
Elektroden über den ganzen Zylinderquerschnitt radial übergeht, steht dann, abgesehen
von einer kleinen Zone, das Magnetfeld im wesentlichen quer zum Wege der Ladungsträger.
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Ein Ausführungsbeispiel dieser Art ist in Abb.3 dargestellt. Die Achse
des Elektrodensystems steht hier senkrecht, während das Magnetfeld horizontal liegt.
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Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die Hilfsentladung in Gasen oder
Dämpfen übergehen zu lassen, die schwere Ionen enthalten. Man kann durch Anwendung
derartiger Gase die Steilheit des Entladungsgefäßes steigern. Wenn die Anwendung
von Quecksilberdampf, in dem an sich noch höhere Steilheiter erzielt werden, wegen
der störenden Temperaturabhängigkeit des Dampfdruckes vermieden werden soll, empfiehlt
es sich deshalb, in an sich bei Kopfs tromverstärkern bekannter Weise Xenon als
Füllgas zu benutzen. Der Druck kann dabei je nach der Elektrodenform zwischen i
x j o-3 bis 5 -' i o-, Torr liegen.