DE903253C - Mehrstufiger Sekundaerelektronenverstaerker - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Sekundärelektronenverstärker, insbesondere einen solchen für große Endleistungen. Sie geht von einer bekannten Konstruktion aus, bei der mehrere im wesentlichen parallel angeordnete elektronendurchlässige oder als Folien ausgebildete Auslöseelektroden in zur Elektrodenfläche senkrechter Richtung hintereinanderliegen. Die primären Elektronen treffen bei dieser Konstruktion von der einen Seite auf die

ίο Elektrode auf, während die Sekundärelektronen nach der anderen Seite abgesaugt werden.

Mit Sekundärelektronenverstärkern lassen sich bekanntlich sehr hohe Verstärkungen erzielen. Dies hat jedoch zur Folge, daß bei gesteigerter Stufenzahl auch die Belastung der letzten Auslöseekktroden entsprechend zunimmt. Da die Auslöseelektroden aber nur auf eine bestimmte Höchsttemperatur erwärmt werden dürfen, wenn ihr Emissionsvermögen nicht leiden soll, ist durch diese höchstzulässige Belastung eine Grenze der so Verstärkung gegeben.

Um nun bei einer bestimmten nicht überschreitbaren Belastung einen möglichst großen Strom in der betreffenden Stufe zu erhalten, wird man die Spannung so niedrig wie möglich wählen. Da aber die Zahl der je Primärelektron in einer Stufe ausgelösten Sekundärelektronen bei kleinen Spannungen absinkt und schließlich kleiner als 1 wird, ist man mit der Spannung an eine Grenze gebunden, die nicht unterschritten werden darf.

Bei Sekundärelektronenverstärkern mit fortlaufend hintereinander angeordneten Netzen betrug der Abstand zwischen den Netzen in der Regel einige Millimeter. Die einzelnen Netze konnten dabei bequem von der Seite beobachtet werden, was bei der Formierung, die wie üblich an Hand

der Färbung der Elektrode verfolgt werden kann, erwünscht ist. Treten jedoch in einem solchen Verstärker hohe Endströme auf, so bildet sich zwischen den Elektroden eine Raumladung, die bei der Ver-Stärkung zeitlich schwankender Ströme zunächst eine Verzerrung verursacht und bei noch größerer Dichte dazu führen kann, daß der durch diese Stufe fließende Strom vollkommen unabhängig von dem Strom in der vorhergehenden Stufe, also von der ίο Emission der Auslöseelektrode ist. Die Röhre ist dann natürlich nicht mehr brauchbar.

Der nächstliegende Weg, nämlich die Raumladung durch eine höhere Spannung abzusaugen, ist nicht gangbar, da dies ja eine Vergrößerung der Belastung bedeuten würde. Nach der Erfindung werden die beschriebenen Schwierigkeiten dadurch beseitigt, daß in den Stufen, wo sonst die Raumladung eine Verzerrung des unsprünglichen Stroms bewirken würde, der Elektrodenabstand so verao kleinert wird, daß die Raumladung nicht mehr stört. Es ergeben sich hierdurch Elektrodenabstände von weniger als 2 mm.

Bei einer bestimmten Anordnung zweier Elektroden, zwischen denen ein Strom übergeht, nimmt bei zunehmender Emission der einen Elektrode der Strom zunächst stetig zu. Geht man aber hierbei bis in den Bereich der Raumladung, so wird schließlich ein Punkt erreicht, wo der Strom unabhängig von der Emission der Quelle auf einem bestimmten Wert, dem sogenannten Raumladungsstrom, stehenbleibt. In diesem Bereich ergibt sich also auch bei einer zeitlich schwankenden Emission stets der gleiche Strom, so daß ein ursprünglich gesteuerter Strom einen konstanten Strom erzeugt. Dieser Raumladungsstrom ist bei gleicher Spannung um so größer, je kleiner der Abstand zwischen den Elektroden ist. Nach der Erfindung wird der Abstand so gewählt, daß der diesem Abstand entsprechende Raumladungsstrom größer (und zwar wenigstens doppelt so groß) ist als der tatsächlich in der Stufe fließende Strom.

Bei einer Anordnung mit ebenen, einander parallelen Elektroden und 21 mm Abstand beträgt der Raumladestrom bei 30 Volt nur etwa 10 mA/cm² der Fläche. Dann lassen sich nur Ströme von höchstens 4 bis 5 mA/cm² verzerrungsfrei ausnutzen. Durch Verkleinerung des Elektrodenabstands auf 0,5 mm lassen sich der Raumladestrom und der ausnutzbare Strom auf das iöfache steigern.

Zur Erreichung einer einigermaßen großen Sekundärelektronenausbeute muß die Spannung zwischen den Auslöseelektroden wenigstens etwa 30 Volt betragen. Um in den hochbelasteten Endstufen einen großen Strom zu erhalten, ist es bei der beanspruchten Röhre unter Umständen zweckmäßig, in den ersten Stufen, wo die Belastung noch klein ist, höhere Spannungen zu verwenden, dagegen in den Endstufen auf etwa 30 Volt herunterzugehen. Eine noch bessere Anpassung wird erhalten, wenn die Spannung zwischen zwei Auslöseelektroden in den letzten Stufen von Stufe zu Stufe kleiner gewählt wird.

Während - die letzten Stufen bei der beschriebenen Röhre etwa parallel liegen und elektronendurchlässig oder als Folien ausgebildet sind, ist dies bei den ersten Stufen naturgemäß nicht notwendig. Man gelangt dann zu einer Röhre, bei der die von der Kathode emittierten Elektronen zunächst irgendeine der bekannten Vervielfachungsanordnungen, z. B. einen Sprungbogenverstärker mit Magnetfeld (S le pi an) oder einen Verstärker vom L- oder T-Typ (Zworykin) durchlaufen und erst später in eine Netz- oder Folienanordnung gemäß der Erfindung gelangen.

Die beste Anpassung an die jeweilige Raumladung wird erhalten, wenn der Abstand zwischen den letzten Auslöseelektroden von Stufe zu Stufe kleiner gewählt wird. Dieser Sonderfall ist in der ein schematisches Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellenden Zeichnung zugrunde gelegt. Mit ι ist dabei die im vorliegenden Fall als thermische Kathode ausgebildete Elektronenquelle bezeichnet, an deren Stelle selbstverständlich auch eine Photokathode treten kann. 2 bis 11 sind die Auslöseelektroden, während 12 die Endanode bezeichnet. An Stelle der gezeichneten ebenen Anordnung ist selbstverständlich auch eine solche von sich konzentrisch umschließenden Zylinderelektroden oder eine geeignete andere Kombination möglich. Die Abständsverringerung, die in jeder weiteren Stufe erforderlich, ist, läßt sich aus dem Vervielfachungsfaktor leicht ermitteln.

Zwischen der letzten Auslöseelektrode ΐ·ι und der Anode 12 kann wieder ein größerer Abstand vorgesehen werden, wenn die letztere eine wesentlich höhere Belastung verträgt. In diesem Fall wird die Raumladung zweckmäßig durch eine höhere Spannung abgesaugt. Zugleich wird der Vorteil einer geringeren Kapazität der Anode gewonnen.

Bei hohen Belastungen ist es zweckmäßig, die Auslöseelektroden aus einem Material von größerer Temperaturbeständigkeit als die jetzt üblichen Cäsiumelektroden herzustellen. Hierzu können z. B. Elektroden mit Barium als Emissionsstoff dienen, i°5 die unbedenklich auf Temperaturen von etwa 400⁰ erhitzt werden können. Die Verwendung von Elektroden mit geringerer Sekundäremission als Cäsium in den letzten Stufen kommt der beschriebenen Röhre insofern entgegen, als es oft zweckmäßig sein wird, in den letzten Stufen mit dem Vervielfachungsfaktor etwas herunterzugehen, um nicht zu ungleiche Abstände zu erhalten. Es können auch Legierungselektroden verwendet werden, bei denen also nicht nur eine oberflächliche Schicht, sondern das Material als solches emissionsfähig ist. Solche Legierungen enthalten z. B. Nickel, Kupfer und gegebenenfalls Chrom, wozu ein Metall geringer Austrittsarbeit, wie Barium oder auch Cäsium, tritt. Solche Elektroden besitzen zugleich den Vorteil, iao daß sich ein besonderer Formierungsprozeß erübrigt. Die Elektroden erhalten durch die natürliche Erwärmung im Betrieb ganz von selbst ihre günstigen Emissionseigenschaften.

Die Erfindung ist nicht auf eine Röhre zur Ver-Stärkung eines zeitlich schwankenden Stroms '

beschränkt, sondern kann auch bei der Erzeugung einer konstanten hohen Emission angewendet werden. In diesem Fall kann mit der Stromstärke bis an den jeweiligen Raumladestrom herangegangen werden. Der Sekundärverstärker nach der Erfindung stellt dann gewissermaßen die Kathode einer solchen Röhre dar. Wird als Primärkathode des Sekundärverstärkers eine thermische Kathode verwendet, so erfordert diese jetzt nur noch einen sehr

ίο viel geringeren Heizstrom.

Die Erfindung kann auch in Röhren zur Schwingungserzeugung, z. B. wassergekühlten Senderöhren, angewendet werden. Die Steuerung wird dann zweckmäßig an der Primärkathode vorgenommen, so daß also das Steuergitter zwischen der Kathode und den Auslöseelektroden liegt. Auch hier kann dann mit einer kleinen Kathode und sehr geringer Heizung gearbeitet werden, während bisher für Hochleistungssenderöhren Heizströme von

ao mehreren 100 Ampere erforderlich waren. Selbstverständlich kann der Verstärker nach der Erfindung auch mit anderen Vakuumeinrichtungen in einer Röhre vereinigt werden.

Bei einer ebenen Anordnung oder einer prak-

»5 tisch gleichwertigen Zylinderanordnung mit verhältnismäßig großem Halbmesser muß, wenn gleiche Spannungsdifferenzen je Stufe und eine Verstärkung auf jedesmal das Doppelte zugrunde gelegt werden, der Abstand in jeder Stufe im Verhältnis 2 :1 verkleinert werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   1. Mehrstufiger Sekundärelektronenverstärker, vorzugsweise mit mehreren im wesentlichen parallel angeordneten elektronendurchlässigen oder als Folien ausgebildeten hintereinanderliegenden Auslöseelektroden, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden der bis in die Größenordnung der thermisch zulässigen Leistung belasteten letzten Stufe bzw. Stufen senkrecht zur Elektrodenfläche im Abstand von weniger als 2 mm angeordnet sind.

   2. Sekundärelektronenverstärker, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Kathode ausgehenden Elektronen zunächst einer beliebigen Anordnung zur Sekundärelektronenverstärkung (z.B. einem Magnetfeldverstärker nach SIepian oder einem L- oder T-Verstärker nach Zworykin) zugeführt werden und daß sich an diese Anordnung im gleichen Vakuumraum eine Anordnung nach Anspruch 1 anschließt.

   3. Sekundärelektronenverstärker nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden der hochbelasteten letzten Stufe bzw. Stufen einen so geringen Abstand voneinander aufweisen, daß der diesem Abstand entsprechende Raumladestrom mindestens doppelt so groß ist wie der tatsächlich fließende Strom.

   4. Sekundärelektronenverstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden in den letzten Stufen einen von Stufe zu Stufe kleineren Abstand voneinander besitzen.

   S- Sekundärelektronenverstärker nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Auslöseelektroden in den letzten Stufen niedriger gewählt ist als in den vorhergehenden Stufen.

   6. Sekundärelektronenverstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest in den letzten Stufen die Auslöseelektroden ein elektronenemittierendes Material hoher Temperaturbeständigkeit enthalten.

   7. Sekundärelektronenverstärker nach An-Spruch ι oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslöseelektroden als emittierendes Material Barium enthalten und bzw. oder als Ganzes aus einer emissionsfähigen Legierung hergestellt sind.

   8. Sekundärelektronenverstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand und die Spannung zwischen der letzten Auslöseelektrode und der Anode größer gewählt werden als zwischen der letzten und der vorletzten Auslöseelektrode.

   9. Sekundärelektronenverstärker nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Vervielfachungsfaktor in den letzten Stufen kleiner als in den vorhergehenden Stufen gewählt wird.

   10. Die Verwendung eines Sekundärelektronenverstärkers nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Verstärkung des durchgesteuerten Elektronenstroms in einer Senderöhre, z. B. mit Wasserkühlung.

   11. Die Verwendung eines Sekundärelektronenverstärkers nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Erzeugung einer hohen, zeitlich konstanten Elektronenemission.

   121. Verstärkerschaltung, z. B. für Fernsehzwecke, gekennzeichnet durch einen Sekundärelektronenverstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

   13;. Sekundärelektronenverstärker nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Netz mit einem zylindrischen Ansatz versehen ist, der auf das nächstfolgende Netz weist und eine Konzentration der Elektronen bewirkt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   ι 5719 1.