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Elektronenröhre.
Die Erfindung betrifft Elektronenröhren und besteht im allgemeinen darin, die Elektronenentladung dadurch zu regeln, dass man in der Bahn der Entladung ein senkrecht zu deren Achse stehende, magnetisches
Feld erzeugt und dann über einen kritischen Wert hinaus verstärkt, bei dem es die Elektronenentladung herabzusetzen vermag. Die Erfindung besteht ferner in einer für diese Regelungs-und Betriebsweise geeigneten Vorrichtung.
Eine derartige als "Magnetron" bezeichnete, bekannte Vorrichtung besteht aus einer Elektronen aussendenden Kathode und einer Anode, die derart gegeneinander angeordnet sind, dass ein zwischen ihnen übergehender Strom durch ein geeignet angeordnetes magnetisches Feld geändert oder unter- brochen werden kann. Die Kathode kann beispielsweise aus einem einfachen geraden Faden bestehen und die Anode aus einem um diesen Faden symmetrisch angeordneten leitenden Zylindermantel. Bei den jetzt als Detektoren benützten Magnetronen ist das regelnde magnetische Feld parallel zur Kathode und wird durch eine das Magnetronrohr umschliessende Wicklung hervorgerufen.
Besteht zwischen
Kathode und Anode ein gegebener Spannungsunterschied und wird das magnetische Feld von Null aus- gehend fortschreitend verstärkt, so bleibt der Elektronen-oder Raumstrom zwischen den Elektroden im Rohr anfänglieh im wesentlichen unbeeinflusst bis das magnetische Feld eine gewisse von der Beschaffen- heit der einzelnen Vorrichtung und von der aufgedrückten Spannung abhängige Stärke überschritten hat ; der Elektronenstrom nimmt dann rasch ab und hört völlig auf, sobald die Feldstärke gross genug geworden ist.
Ist der Durchmesser des Kathodenfadens verhältnismässig klein, so kann das vom Kathodenstrom henührende magnetische Feld vernachlässigt werden. Wenn beispielsweise bei einem Magnetrondetektor die Wolframkathode einen Durchmesser von etwa 0'127 mm hat, so ist der Heizstrom nicht ausreichend um den Elektronenstrom herabzusetzen, wenn auch die aufgedrückt Spannung klein ist ; die Anfangs- geschwindigkeiten der emmittierten Elektronen sind, selbst wenn keine Spannung aufgedrückt wird, gross genug, um die ablenkende Kraft des Stromes zu überwinden, der gewöhnlich nötig ist, um Kathoden solcher Grösse zum Glühen zu bringen.
Ist die aufgedrückte Spannung etwa 1 Volt, so reicht der Heiz- strom in einem Faden von 0'178 mm Durchmesser aus, eine merkliche Schwächung des Elektronen-
Stromes durch die etwa als "magnetische Drosselung" zu bezeichnende Wirkung hervorzurufen. Im all- gemeinen ist die zur Überwindung der von einem zur Erhitzung eines Wolframfadens bis zur Weissglut erforderlichen Stromes ausgeübten Drosselwirkung nötige Spannung proportional der dritten Potenz des Kathodendurchmessers.
Gemäss der Erfindung wird eine Elektronenröhre der Magnetiontype geschaffen, bei welcher eben- falls die magnetische Drosselwirkung nutzbar gemacht wird. Die Kathode einer Elektronenröhre gemäss der Erfindung ist so bemessen, dass der durch sie gehende Strom ein magnetisches Feld von ausreichender
Stärke erzeugt, um den Elektronenstrom zwischen den Elektroden erheblieh zu beeinflussen. Durch Ände- 1 ung des Kathodenheizstromes kann der in die Anode eintretende Elektronenstrom geändert und in manchen Fällen selbst ganz zum Verschwinden gebracht werden. Eine gesonderte Erregungsspule zur Hervorrufung eines regelnden magnetischen Feldes, wie sie bisher verwendet worden ist. wird dadurch entbehrlich.
In den Zeichnungen ist Fig. 1 eine Schauansieht eines Magnetrons gemäss der Erfindung ; Fig. 2 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Kathodenstrom und dem Raumstrom oder Elektronenstrom
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zwischen den Elektroden ; Fig. 3 veranschaulicht einen Verstärker gemäss der Erfindung ; Fig. 4 zeigt schematisch die Verwendung der Vorrichtung gemäss der Erfindung zum Gleichrichten von Wechsel- strom oder zur Umformung von Gleichstrom in Wechselstrom ; Fig. 5 stellt das elektrische Verhalten der Vorrichtung nach Fig. 4 dar ; Fig. 6 zeigt schematisch eine Wellenstation mit einem Magnetron gemäss der Erfindung ; Fig. 7 veranschaulicht das elektrische Verhalten der Vorrichtungen nach Fig. 3 und 6.
Bei Vorrichtungen für den Betrieb mit den üblichen Spannungen verwendet man Wolframkathoden deren Durchmesser ein Mehrfaches von 0#178 mm. beträgt. Bei einem Durchmesser von 0#178 mm wird der Einfluss des magnetischen Felde3 der Kathode auf den Elektronenstrom bereits merklich. Bei einer aufgedriickten Spannung von 60 bis 80 Volt ist ein Kathodendraht von l mm. Durchmesser verwendet worden. Bei aufgedruckten Spannungen von 1000 Volt hatte der Kathodendraht etwa 2'5 mm und bei
Spannungen von 10. 000 Volt hatte der Draht etwa 5 nun Durchmesser.
Wird ein Kathodenmaterial von einer Leitfähigkeit verwendet, die von jener des Wolframs wesentlich verschieden ist, so ändert sich auch der Kathodendurchmesser entsprechend.
Für die starken Ströme sind besondere Verbindungen vorzusehen um das Springen des Glases an den Einschmelzstellen der Kathode hintanzuhalten. Fig. 1 zeigt ein Ende eines Rohres gemäss der Erfindung, bei welchem eine Kathode 8 mit einem in das Glasgefäss 10 eingesehmolzenen Leiter verbunden ist. Das Ende der zweckmä2ig aus Wolfram bestehenden Kathode 8 ist durch Hämmern oder anderweitig an einer Molybdänhülse befestigt, die in eine zweite Hülse 11 am besten aus Kupfer eingeschraubt ist.
Eine aus Wolfram gebildete Feder verbindet die Hülse 11 mit einer ähnlichen Hülse jazz am Ende des Leiters 9. Biegsame Kupferleiter 13 verbinden die Hülsen 11 und 12 und leiten den grösseren Teil des
Stromes zur Kathode. Eine zylindrische Anode 14 aus Molybdän, Kupfer. Wolfram oder einem anderen geeigneten Material umgibt die Kathode symmetrisch oder gleichachsig und kann durch Reibung mittels eines Drahtringes 15 in der Glashülle 10 festgehalten werden. Da das andere Ende des Rohres ähnlich eingerichtet ist und die3e baulichen Ausführungen das Wesen der Erfindung nicht berühren, so ist nur ein Teil des Rohres dargestellt worden.
In Fig. 2 sind die bei konstanter aufgec1rücUer Splnnung auftretenden Elektronenströme als Ordinaten und die Kathodenheizströme als Abszissen aufgetragen. Bis zu einem Heizstrom von der Stärke Cl bleibt der Elektronenstrom zwischen den Elektroden 8 und 14 bei gegebener Spannung im wesentlichen unbeeinflusst. Eine Verstärkung de, Kathodenstro@es über C1 hinaus ruft eine rasche Abnahme de, Elektronel11tromes hervor, indem die Elektronen in gekrümmte B1hnen abgelenkt werden, die in durch die Kathodenechse gelegten Ebenen verhüten. Beim Heizstrom C. ist der Elektronenstrom auf Null gesunken.
Ändert sich der Kathodenstrom zwischen den Grenzen Cl und C. j, so ändert sich auch der Elektronenstrom und diese Eigenschaft der vorliegenden Vorrichtung kann zur Verstärkung veränderlicher Ströme verwendet werden, wie Fig. 3 zeigt. Die mit den Kathodenklemmen verbundene, ankommende Leitung 16,
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geliefert um ein Feld zu erzeugen, des die Stärke, des Stromes in der Leitung 20. 21 schwächt und dem Batteriestrom ist der vom Transforaittor- ? gelieferte Strom überlagert.
Fig. 7 erläutert die Beziehungen zwischen den magnetischen Feldern und dem Elektronenstrom.
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dargestellt, deren Ordimten die Feldstärke und deren Abszissen die Zeit darstellen. Das übergelagerte Weohselstromfeld wird durch die punktierte Linie H1 dargestellt. Dadurch entsteht ein resultierendes Feld, das durch die voll gezogene Linie H darse, telle ist. Sinkt die Stärke des resultierenden Feldes unter die Stärke, bei der der Elektronenstrom unterbrochen wird, so geht Strom durch die Leitung 20, 21 der durch die strichpunktierte Linie C, Fig. 7 angedeutet ist.
Dieser Strom steigt rasch an, wenn die Feldstärke abnimmt, bleibt dann im wesentlichen konstant und fällt bei ansteigender Stromstärke wieder
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kein Strom durch die Leitung 20, M. In manchen Fällen kann die Gleichstromquelle 18 fortgelassen werden. In dem Falle hat der Strom in der abgehenden Leitung die doppelte Frequenz des Stromes in der Leitung 16, 17. Der Transformator 19 muss dann einen ausreichenden Strom liefern um den Faden zum Glühen zu bringen und ein regelndes Feld zu erzeugen.
Wird die in Fig. 4 veranschaulichte Einrichtung zum Gleichrichten von Wechselstrom benutzt ; so sind die Anoden der Magnetrone 25,26 mit entgegengesetzten Klemmen der Sekundärwicklung eines Transformators 27 verbunden und die Kathoden mit einer Leitung 28 die an den neutralen Punkt dieser Sekundärwicklung über eine Belastung 29 angeschlossen ist. Die Kathoden der Magnetrone 25, 26 werden von den Sekundärwicklungen der Transformatoren 30, 31 mit Strom gespeist.
Die Primärwicklungen dieser Transformatoren sind ebenso wie die Primärwicklung des Transformators 27 an die Speiseleitungen 32
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gesellte Einrichtung der üblichen Kinotrongleichrichteranlage, bei welcher die Gleichrichtung durch die einseitige Leitfähigkeit im Vakuum zwischen einer Glühkathode und einer Anode erfolgt, die unterhalb der Temperatur arbeitet, bei welcher die Elektronenemission merklich ist. Infolge der Ablenkung der Elektronen durch die die Kathode in den Mnetiongleichriehtein umgebenden Felder, ist es not- wendig. den Kathodenstrom herabzusetzen oder zu unterbrechen, damit Elektronen zur Anode gehen können.
Der Strom wird abwechselnd in den Kathodenleitungen der Magnetrone 85, 26 durch irgend
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Motor 34 synchron mit dem Strom in der Leitung 32 getrieben wird. Der Motor 84 kann beispielsweise von der Hauptleitung. 32 durch Leitung-M und einen Transformator 36 gespeist werden. Der in der Zeich- nung angedeutete Kommutator hat ein isolierendes und ein leitendes Segment, die so bemessen sind, dass während einer halben Periodendauer Strom durch die Leiter 40, 41 zur Kathode des Magnetstrom 26 fliesst. wodurch ein 2\iágnetfeld um die Kathode entsteht, das zur Unterbrechung des von der Kathode zur Anode gehenden Raumstromes genügt.
Während der anderen halben Periodendauer fliesst kein Strom durch die Kathode. aber letztere bleibt hinreichend heiss, um Elektronen in dem Masse abzugeben, dass e'n Strom durch das Rohr zur Belastung fliesst. Die Beziehungen zwischen Kathodenstrom und dem
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magnetischem Feld vorhanden ist, geht ein Raumstrom durch, wie in voll gezogenen Linien angedeutet.
Wird die Belastung 29 durch eine Quelle eines Stromes von stets gleicher Richtung ersetzt, wobei die negative Klemme mit dem Leiter 28 verbunden ist und der Kommutator 33 mit einer der gewünschten Frequenz entsprechenden Geschwindigkeit getrieben wird, indem beispielsweise der Motor 34 von einer unabhängigen Wechselstrom quelle gespeist wird, so gehen Stromstösse durch die Magnetrone abwechselnd
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wird zur primären und es wird Wechselstrom von der Sekundär Wicklung in die Leitung 32 abgebeben.
In diesem Falle ist es lediglich die stromdrosselnde Wirkung des magnetischen Feldes des Kathodenstromes, die den Stromdurchgang regelt, da sonst der Strom gleichzeitig durch beide Röhren fliessen und keine Transformation entstehen würde.
Fig. ss zeigt eine Einrichtung zur Erzielung eines oszillierenden Stromes für wel1entelegraphische Sendezwecke und enthält ein Magnetron gemäss der Erfindung. Die Kathode 8 erhält Strom von einer Gleiehstromquelle z. B. der Batterie 45, wobei eine Drosselspule 46 in die Kathodenleitung eingeschaltet ist, um Hochfrequenzströme auszuschliessen. Die eintretende Leitung 48, 49 enthält einen Gleichstromgenerator 50 vorteilhafterweise im Nebenschluss zu einem Kondensator 51. Die abgehende Leitung 52, die vorteilhafterweise eine regelbare Induktanz 53 enthält. ist mit der Leitung 48 durch einen Transformator 54 gekoppelt und endigt in einer Antenne 55.
Im Nebenschluss zur Primärwicklung des Trans- formators 54 liegt zweckmässig ein regelbarer Kondensator 56. Die Belastungsleitung 52 ist mit einem geerdeten Leiter 57 durch die Kathode verbunden. Wenn der Belastungsstrom wächst, nimmt das magnetische Feld um die Kathode zu bis seine Stärke einen Wert erreicht, der genügt, den Strom zu unterbrechen. Infolge dieser Instabilität entstehen Oszillationen deren Frequenz von der Kapazität und Induktanz der Antennenleitung abhängt.
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