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Glimmverstärkerröhre.
Die Erfindung bezieht sich auf Glimmverstärkerröhren, bei denen zwischen zwei Elektroden (den sogenannten Entladungselektroden) eine Glimmentladung stattfindet und wobei ausserdem eine Verstärkeranode vorgesehen ist, die zwischen sieh und der Entladungsanode den Verstärkerstrom erzeugt, welcher durch eine Steuerelektrode beeinflusst wird. Im Zusammenhang mit derartigen Anordnungen ist es bereits bekanntgeworden, die Röhrendaten so zu bemessen, dass sich der Faradaysche Dunkelraum bis zu der gitterförmigen Entladungsanode erstreckt, so dass nur negative El1tladungsteilchen dieses Gitter durchdringen und nach der Entladungsanode zu wandern.
Es ist indessen bisher nicht gelungen, mit derartigen Röhren praktisch brauchbare Ergebnisse zu erzielen. Die Ursache hiefür dürfte vermutlich folgender Art sein : Die Elektronen, die zwischen den beiden Entladungselektroden k und a, (s. Fig. 1) erzeugt werden, durchfliegen die Öffnungen der Entladungsanode mit einer bestimmten Geschwindigkeit und werden von der Verstärkeranode angezogen.
So erstrebenswert es nun auch an sich ist, den Verstärkerstrom nach a2 möglichst gross zu machen, so darf jedoch nicht ausser acht gelassen werden, dass dieser Strom auch nach Möglichkeit eine starke Abhängigkeit von der an der Verstärkeranode liegenden Spannung bzw. bei Vorhandensein eines Steuergitter von dessen Steuerspannung besitzen muss. Wenn aber die durch a1 tretenden Elektronen infolge des zwischen kund a1 herrsehenden Feldes eine gewisse Geschwindigkeit besitzen, so ist dieser Elektronenstrom naturgemäss sehr wenig abhängig von der ausserhalb des Entladungsfeldes liegenden Spannung ; die Steilheit der Spannungsstromcharakteristik wird also sehr gering, so dass eine brauchbare Verstärkerwirkung nicht auftritt.
Der Anmelder hat bereits vorgeschlagen, die an den Elektroden liegenden Spannungen, die Elektrodenform und Grösse, ferner Gasart und Gasdruck so zu bemessen bzw. zu wählen, dass die für gewöhnlich leuchtende Glimmentladung nur zwischen der Kathode k (s. Fig. 1) und der Entladungsanode al stattfindet, während das zwischen den Glimmentladungselektroden und der Verstärkeranode a. liegende elektrische Feld nicht einfach wie bei den bekannten Anordnungen eine Fortsetzung des Entladungsfeldes k, a1 bildet, sondern aus einer möglichst reinen Elektronenentladung besteht, deren Entladungsteilchen nur mittelbar von der Glimmentladung herrühren.
Mit anderen Worten : Es ist dafür gesorgt worden, dass die den Verstärkerstrom bildenden Elektronen an den Stellen, wo sie aus dem Entladungsfeld in das Verstärkerfeld gelangen, nach Möglichkeit eine vom Glimmentladungsfeld nicht mehr abhän-
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so niedrig und der Gasdruck dabei so bemessen sein, dass das Verstärkerfeld keine Glimmentladung bilden kann, sondern dessen Entladung sieh etwa so abspielt, als wenn statt der Glimmentladungsstrecke eine Glühkathode vorhanden wäre.
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strecke gegen die Verstärkerstrecke möglichst abschirmt. Insbesondere wurde die Entladungsanode plattenartig ausgebildet. Eine solche Elektrode stellt für die von der Kathode im wesentlichen gerad- linig wegfliegenden Elektronen ein Hindernis dar. Sie lässt jedoch diejenigen Elektronen, die zwar in der Entladungsstrecke entstanden, aber z.
B. durch Reflexion an den Gasmolekülen in den Raum ausserhalb
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der eigentlichen Glimmstreeke gelangt sind, und die infolge der geringen Beschleunigung, die sie seitens des Entladungsfeldes noch besitzen, in erster Linie den Verstäl'kerstrom bilden sollen, im wesentlichen ungehindert nach der zweiten Anode gelangen.
Die genannten Aufgaben lassen sieh nun gemäss-der vorliegenden Erfindung am vollkommensten dadurch lösen, dass das Elektrodensystem konzentrisch ausgebildet wird, wobei es auf bestimmte lyre und Gestalt der Elektroden, insbesondere der Glimmelektroden bzw. der Steuerelektroden, ankommt.
Die Glimmelektroden werden durch Schlitze usw. unterteilt, wobei die massiven Teile sich radial betrachtet in korrespondierender Lage befinden. Allerdings darf man die Raridvergrösserung der Entladungsanode, d. h. das Anbringen von Einschnitten, Löchern u. dgl. nicht zu weit treiben, da sonst die Schattenwirkung der Entladungsanode unter Umständen zu schlecht würde. Dies ist vermutlich auch der Grund dafür, dass man die Entladungsanode nicht einfach gitterförmig ausbilden darf. Zwar hat ein Gitter eine sehr günstige Randwirkung, d. h. es gelangen an sich sehr viele Elektronen aus dem Entladungsfeld in das Verstärkerfeld.
Unter diesen befindet sich aber, infolge der geringen Schirmwirkung des Gitters, eine grosse Zahl von durch das Entladungsfeld selbst beschleunigten Elektronen, so dass die Steuerwirkung der im Verstärkerfeld befindlichen Elektroden verlorengeht. Erfindungsg'emäss muss daher zwischen den beiden Wirkungen der Entladungsanode, der Sehirmwirkung und der Randwirkung, ein Optimum ihrer Unterteilung festgestellt werden, das sich jeweils nach den verlangten Eigenschaften des Rohres richtet. Wird z.
B. eine beträchtliche Steilheit, aber ein geringerer Verstärker- strom gefordert, so bildet man die Entladungsanode mehr massiv, d. h. mit nicht viel Einschnitten oder Löchern aus ; bei geringerer Steilheit, aber grossem Verstärkerstrom wird die Unterteilung und somit die Brandwirkung der Entladungsanode entsprechend vergrössert. In allen Fällen ist es aber von Vorteil, der Kathode genau die gleiche Lage und Form zu geben wie der Entladungsanode und diese beiden Elektroden möglichst nahe (3-5 mm oder weniger) nebeneinander anzubringen, da durch eine solche Anordnung die Schirmwirkung der Entladungsanode verbessert wird, ohne dass die Randwirkung beeinträchtigt wird. Die Verstärkerelektroden können dann auch eine grössere Fläche besitzen als die Entladungselektroden.
Gemäss der weiteren Erfindung wird auch die Steuerelektrode so angeordnet und ausgebildet, dass ein Auftreffen, insbesonere der aus dem Entladungsfeld unmittelbar herrührenden beschleunigten Elektronen auf die Steuerelektrode nach Möglichkeit vermieden wird. Aus diesem Grunde wird die Steuerelektrode so angebracht, dass sie gegen den Entladungsraum durch die Entladuugsanode abgeschirmt wird. Die einzelnen Drähte des Steuergitters werden so angebracht, dass die gerade Verbindung zwischen ihnen und der Entladungskathode durch die massiven Teile der Entladungsanode a ; i unterbrochen wird.
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damit deren Schattenwirkung nicht beeinträchtigt wird.
Die Steuerwirkung des Gitters auf die durch das Verstärkerfeld selbst beschleunigten Elektronen darf selbstverständlich durch eine derartige Anordnung nicht leiden. Es kann daher von Vorteil sein, die Steuerelektrode nicht aus Drähten, sondern aus Streifen zusammenzusetzen, deren Fläche senkrecht zur Fläche der Entladungsanode liegt.
In Verfolg der bisherigen Versuche und Überlegungen durfte eine Elektrodenanordnung. wie sie beispielsweise in Fig. 2 oder 3 dargestellt ist, eine vorteilhafte Wirkung besitzen. Bei dieser konzentrischen Anordnung befinden sich die Entladungselektroden k und a aussen, die Verstärkerelektroden sund a2 innen. Die Entladungskathode ist mit Löchern, Fenstern oder streifenförmigen Einschnitten versehen.
Die Entladungsanode a1 ist ein verkleinertes Abbild der Kathode, u. zw. ist sie derartig angeordnet, dass, in radialer Richtung betrachtet, stets Lücke auf Lücke kommt. Die Stenerelektrode s kann nun, falls man in erster Linie auf einen geringen Gitterstrom, bei grösserem Durchgriff, Wert legt, nach Fig. 2 als Netzwerk aus Drähten oder Bändern, deren Fläche radial verläuft, ausgebildet sein, wobei die einzelnen Drähte bzw. Bänder jeweils genau zwischen den einzelnen massiven Teilen der Verstärkeranode (12 und der Entladungsanode a1 liegen.
Wünscht man einen geringeren Durchtritt, so kann man das Gitter auch dichter gestalten, so dass dann auch gegenüber den Lücken der Entladungsanode a1 Teile des Netzwerkes sich befinden. Für kleinere Durchgriffe wird sich eine Anordnung gemäss Fig. 3 empfehlen. bei der die Steuerelektrode als eine die Verstärkeranode umgebende Spirale ausgebildet ist.
Um eine weitere Herabsetzung des Gitterstromes auf äusserst geringe und nicht mehr schädliche Werte zu erzielen, kann erfindungsgemäss noch folgendes Mittel angewandt werden : Die beiden Entladungelektroden werden nicht genau form-und lagegleich ausgebildet, sondern es wird die Entladungsanode so gestaltet, dass ihre Ränder noch über die geradlinigen Verbindungen zwischen den Rändern der Ent- ladungskathode und den Verstärkerelektroden hinausragen. Dadurch wird erzielt, dass nicht einmal mehr an den Randteilen eine direkte Entladung von der Entladungskathode zur Verstärkeranode bzw. zur Steuerelektrode übergehen kann.
Der Verstärkerstrom setzt sich dann vielmehr nur noch aus solchen Entladungsteilchen zusammen, die nicht mehr unmittelbar durch das Entladungsfeld selbst beschleunigt sind, sondern in der Nähe des Entladungsfeldes entstehen bzw. aus dem Entladuagsfelde dorthin gelangen und dann erst von der Verstärkeranode angezogen werden.
Durch die Fig. 4-7 wird dies näher erläutert : Sie zeigen, zum grössten Teil in schematis.-her Darstellung bzw. im Schnitt gesehen, weitere Ausfühlllngsbeispiele der Erfindung.
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Nach Fig. 4 bildet die Kathode den äussersten Zylinder ; es folgt nach ihm die Entladungsanode a1, sodann die Steuerelektrode s und zuletzt die Verstärkeranode a2, welche z. B. als einfacher Stab oder Draht ausgebildet ist. Die massiven Teile der Entladungsanode a1 sind hiebei entweder ebenso gross wie die massiven Teile der Kathode oder noch grösser. Dadurch wird erreidit, dass die beiden Verstärker-
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die Entladungsanode ziemlich nahe der Steuerelektrode angebracht werden kann. ohne dass die Schatten- wirkungbeeinträchtigtwird.
Die Fig. 6 und 7 zeigen wiederum konzentrische Anordanungen, jedoch in umgekehrter Reihenfolge der Elektroden : Die Kathode k ist hiebei im Zentram als Draht oder Stab a agebracht; es folgen nach
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einzelnen Teilflächen der Verstärkeranode a2 umgeben.
Es ist im Interesse einer guten Aussteuerwirkung der Steuerelektrode zweckmässig, die Zuleitungen zu den einzelnen Elektroden innerhalb der Röhre gut voneinander zu isolieren, da sonst, insbesondere zwischen der Kathode und der Verstärkeranode Glimmströme übergehen können, die durch das Gitter nicht gesteuert werden.
Man darf aber nur über der an sich sehr erwünschten Sehirmwirkung der Entladungsanode nicht vergessen, den eigentlichen Verstärkerstrom, d. h. den von der Umgebung der Glimmstreeke aus nach der Verstärkeranode fliessenden und im wesentlichen nur durch die Spannung der Verstärkerasode beschleunigten Elektronenstrom möglichst gross zu machen. Je grösser dieser Strom ist, desto breiter wird der ausnutzbare Teil der Röhrenkenplinie und somit auch die übertragbare Leistung. Da nun dieser Verstärkerstrom, wie schon oben angegeben worden ist, nach Möglichkeit nur ans in der Nähe des Glimm-
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punkten für den Verstärkerstrom vorhande. 1 ist.
Zur Erreichung dieses Zieles wird die Kathode nicht als flächenartiges Gebilde gestaltet, sondera als Netz, Gitter oder Sieb. Die massiven Teile der Kathode bedecken somit eine kleinere Fläche als ihre Offnunaen. Man kann die Kathode z. B. als Drahtnetz von einigen Millin etern Maschenweite ausbilden.
In Verbindung damh besitzt die zugehörige Entladungs- anode im wesentlichen die gleiche Netz-, Gitter- oder Siebform wie die Kathode, nur mit dem Unter- schied, dass ihre Öffnungen, die in ihrer Lage und Anzahl mit denen der Kathode korrespondieren, kleiner sind als diese, so dass, wenn man die Entladungselektroden von vorn betrachtet, die Ränder der massiven Teile der Entladungsanode überall über die Ränder der massiven Teile der Kathode hinausragen.
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oder Stab ausgebildet, sondern ebenso wie die drei äusseren Elektroden als Zylinder.
Es kann sich unter Uniständen empfehlen, die Kathode zu dieser mittleren Elektrode zu machen, n. zw. aus folgenden Gründen :
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Fall wird durch Fig. 10 veranschaulicht. Dort ist eine Elektrodenanordnung gezeigt, bei der die Kathode Je die Entladungsanode a, umtribt. Die winklig zum Glimmfelde in Richtung der punktierten Pfeile heraus-
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durch Fig. 11 veranschaulicht wird, haben die den Verstärkerstrom bildenden Elektronen mehr Raum zwischen den einzelnen Teilen der Entladungsanode zum Durchfliegen, so dass in diesem Falle die Gefahr,
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strom verlorengeht, verringert ist.
Fig. 12 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Glimmliehtverstärkerröhre mit im wesentlichen allen in den Ansprüchen enthaltenen Merkmalen : Das Elektrodensystem besteht bei dieser Röhre ans einem zentral gelegenen Stab a2, welcher die Verstärkeranode bildet. Dieser Stab ist von einer zylindrisehen Spirale s umgeben, die die Steuerelektrode bildet. Weiter aussen befindet sich in konzentrischer Lae die Entladungsanode Ci, die aus vier entlang den Mantellinien verlaufenden Streifen besteht.
Hinter den massiven Teilen der Entladungsanode al ist die ebenfalls konzentrische Kathode k angeordnet, die aus parallelen Drähten besteht, von denen jeder derartig hinter je einem Teil der Entladungsanode a, angebracht ist, dass Entladungsteilehen, die senkrecht von der Kathode ausgehen, die beiden Verstärker- elektroden s und a., nicht treffen können, da sie durch die massiven Teile der Entladungsanode a, able- schirmt werden. Die massiven Teile der Entladungsanode sind dabei an ihren Längsrändern etwas nach den Kathodendrähten umgebogen.
Das ganze Elektrodensystem sitzt auf einem Fuss f auf, der aus einem Isolierkörper besteht und zweckmässig zylindrische Form hat, wobei seine obere Stirnfläche mit konzen- trischen Rillen versehen ist, die die einzelnen konzentrischen Elektroden tragen. Die Stromzuführungen zu den einzelnen Elektroden sind durch diesen zylindrischen Fuss f hindurchgeführt. Das System wird von einer Glasröhre r umgeben.
Die Röhre wird zweckmässig mit einem Edelgas, z. B. mit Neon, von einigen Millimetern Druck gefüllt. Anwendbar ist die neue Röhre ausser für Verstärkerzwerke selbstverständlich auch noch für die Gleichrichtung und Erzeugung von Wechselströmen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Glimmverstärkerröhre, bei der ausser den Glimmentladungselektroden noch eine zweite Anode und eine oder mehrere Steuerelektroden vorgesehen sind, wobei die zweite Anode den durch die Steuerelektrode beeinflussten Verstärkerstrom der Glimmentladung entnimmt und die Verstärkerelektroden (zweite Anode und Steuerelektrode) gegenüber der direkten Glimmentladung ganz oder teilweise abgeschirmt sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrodensystem aus einer stabförmigen oder zylindrischen, in letzterem Falle mit Öffnungen oder Einschnitten versehenen Kathode, einer ebenfalls mit Öffnungen oder Einschnitten versehenen, konzentrisch zur Kathode liegenden Entladungsanode, einer oder mehreren konzentrisch liegenden Steuerelektroden und einer ebenfalls konzentrischen,
zylindrischen oder stabförmigen Verstärkeranode besteht.