<Desc/Clms Page number 1>
Vakuum-Entladeröhre.
An Vakuum-Entladeröhren mit verdünnter Gas- oder Dampffüllung kann beobachtet werden, dass mit von kleinen Werten wachsender Stromstärke der Spannungsabfall über die Röhre zuerst ab- nimmt, um dann bei sehr hohen Stromstärken wiederum anzusteigen.
Dieser Anstieg kann dadurch sehr verstärkt und zu kleineren Stromstärken verlegt werden, dass die Anode in eine Kammer eingeschlossen wird, welche durch eine blendenförmige Öffnung mit dem übrigen Innenraum des Vakuumentladegefässes kommuniziert. Je kleiner der Inhalt dieser Kammer ist und je enger die kommunizierende Öffnung zwischen Kammer und übrigem Inhalt der Röhre gewählt wird, um so steiler ist der Anstieg der Stromspannungscharakteristik oberhalb einer gewissen Strombelastung und um so kleiner ist die Stromstärke, von der an die Charakteristik wieder ansteigt.
Der Anstieg des Spannungsabfalles bei grösseren Stromstärken ist vermutlich zurückzuführen auf eine Verarmung an positiven Ionen in der Umgebung der Anode. Beim Stromdurehgang wandern nämlich die an der Kathode austretenden Elektronen nach der Anode, die positiven Ionen aber in umgekehrter Richtung von der Anode nach der Kathode. Da im allgemeinen eine Nachlieferung positiver
Ionen aus der Anodenoberfläche nicht stattfindet, reicht bei grossen Stromstärken die Dichte der positiven Ionen in der Umgebung der Anode nicht mehr aus zur Kompensation der Elektronenraumladung. Es bildet sich dann in der Umgebung der Anode eine negative Raumladung, die den Anstieg der Stromspannungscharakteristik zur Folge hat.
Versuche zeigen nun, dass auf dem ansteigenden Teil der Stromspannungscharakteristik der Röhre hochfrequente Schwingungen auftreten können, die in dem an das Minimum anschliessenden Bereich der ansteigenden Charakteristik um so intensiver sind, je grösser die Stromstärke und damit auch der Spannungsabfall gewählt werden.
Diese Verhältnisse sind in der Fig. 1 dargestellt.
J bedeutet die Stromstärke durch die Röhre, B den Spannungsabfall zwischen Anode und Kathode.
Von Punkt A in der Nähe des Leerlaufs fällt der Spannungsabfall zunächst ab bis zu einem Minimum bei B, um von da wieder anzusteigen. Im Punkt 0 setzen Schwingungen ein, die dann in Richtung nach dem Punkt B an Intensität zunehmen.
Gegenstand der Erfindung ist daher eine Vakuumentladeröhre mit verdünntem Gas-oder Dampfinhalt zur Erzeugung oder zur Verstärkung oder zum Empfang hochfrequenter Schwingungen, bei welcher
EMI1.1
Entladung einengende Blende od. dgl. angeordnet ist, die von dem Innenraum der Röhre einen an die aktive Anodenoberfläche angrenzenden Raumteil abtrennt und welche Röhre mit Stromstärken betrieben wird, bei welchem in dem an die aktive Anodenoberfläche angrenzenden Raumteil ein mit wachsender Stromstärke zunehmender Spannungsabfall besteht.
EMI1.2
von praktisch zulässigen Stromstärken der Röhre, so stellt man ausserordentlich kräftige kurzwellige Schwingungen fest.
Es wird vermutet, dass ihre Wellenlänge, wenn keine besonderen Resonanzkreis vorhanden sind, von der zufälligen Lage und Gestalt der Zuleitungen abhängt oder wenigstens mitbestimmt wird. Es wurden Wellen von Meter-und Dezimeterlänge beobachtet, doch dürfte sich der
<Desc/Clms Page number 2>
Bereich nach längeren Wellen bis in den Rundfunkbereich erstrecken. Eine genaue Grenze ist bisher noch nicht ermittelt worden. Die in Fig. 1 dargestellte vollständige Kurve ist nach Wissen der Anmelderin von ihr zuerst beobachtet worden.
Sehr wahrscheinlich ist auch bei bekannten Röhren mit Blenden in der Gegend der Anode ein Anstieg der Charakteristik wie bei B-C-D vorhanden ; aber dieser Anstieg liegt, weil die Blendenöffnung nicht genügend verengt und der Anode nicht genügend nahe ist, bei Stromstärken oberhalb des Punktes F, also in einem Belastungsbereich, den die Röhre nicht aushält. Erst bei genügender Kleinheit der Blende ist die Beobachtung des Stromanstiegs und die Erzeugung von Schwingungen bei praktisen zulässigen Stromstärken möglich.
Um sich ein Bild von den vorliegenden Verhältnissen zu machen, sollen diese im folgenden rechnerisch untersucht werden :
Die Anode sei eingeschlossen in eine Anodenkammer, die durch eine Öffnung vom Querschnitt F mit dem eigentlichen Entladungsraum in Verbindung steht. Fliesst nach der Anode ein Strom J, so verlassen, wie eingehende Betrachtungen über Gasentladung zeigen, die Anodenkammer positive Ionen, welche einen Strom Jp repräsentieren, der im Verhältnis der Wurzeln aus den Massen von Elektronen und positiven Ionen kleiner ist als der Strom J.
Die Anzahl positiver Teilchen, die pro Zeiteinheit diese Querschnittsfläche F verlässt, ist daher
EMI2.1
me und M : p sind die Masse des Elektron bzw. des positiven Ions. e = 1'59. 10-19 Coulomb ist die Elementarladung, für Quecksilber ist
EMI2.2
Für eine Entladung im Queeksilberdampf erhält man demnach
EMI2.3
Dieser Entzug von positiven Ionen durch die Querschnittsöffnung F infolge des Stromes J hat die Erniedrigung des Druckes im Innern der Anodenkammer gegenüber dem Äusseren der Anodenkammer zur Folge. Nimmt man an, dass der Gasdruck sehr niedrig ist, z. B. O'OStn/m Quecksilbersäule, und die
EMI2.4
Druckdifferenz in einfacher Weise berechnen.
Es muss nämlich diese Druckdifferenz so gross sein, dass die Differenz der Anzahl Teilchen, die von aussen in die Kammer eintritt, und der Anzahl, die infolge der Temperaturbewegung aus dem Innern die Kammer verlässt, gleich ist der Anzahl der durch die Stromstärke herausgeführten positiven Ionen.
Nach der kinetischen Gastheorie durchsetzen eine Quersehnittsfläche F in der Zeiteinheit eine Anzahl Teilchen
EMI2.5
p ist dabei der Gasdruck in mm Quecksilbersäule und T die absolute Temperatur, u das Molekulargewicht des Gases. Fur den Überschuss an Teilchen, die mehr hinein als aus der Anodenkammer herausströmen, ergibt sich infolge davon
EMI2.6
Darin bedeuten P2 und T 2 der Druck und die Temperatur ausserhalb, pi und Tj die entsprechenden Grössen innerhalb der Kammer. Für Quecksilberdampf ist n = 200 angenommen.
Nimmt man an, es sei T, = T 625 abs., so ergibt sich, falls man setzt
EMI2.7
EMI2.8
kammer. Diese Erniedrigung des Druckes ist bereits dprart beträchtlich, dass die durch die Querschnitts- öffnung F ins Innere der Anodenkammer eindringenden Elektronen nicht mehr in genügender Zahl in der Lage sind, positive Ionen zu bilden. Infolgedessen tritt dann die die Grundlage vorliegender An-
<Desc/Clms Page number 3>
meldung bildende Verarmung an positiven Ionen ein, also entstehen eine negative Raumladung, erhöhter
Spannungsabfall und hochfrequente Schwingungen.
Aus den vorstehenden, einfachen physikalischen Gesetzmässigkeiten ergibt sieh für jede Strom- stärke und gewünschte Druckdifferenz die Grössenordnung der Querselnittsöffnung.
Die genaue Ermittlung ist Sache des Versuches.
Bei einer von der Anmelderin benutzten Röhre betrug die Spannung im Punkte 0 zirka 200 Volt, die Stromstärke 50 Amp. und die Grössenordnung der Blende lag bei c.
In den Fig. 2 und 3 sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. In Fig. 2 ist 1 die
Glaswandung der Vakuumentladeröhre, 2 die Glühkathode, : 3 die Anode, 4 ist ein metallenes Gehäuse, das von der Anode in geeigneter Weise isoliert, diese allseitig nahe umschliesst. In der der Kathode zugekehrten Wandung des Gehäuses befindet sich die als Blende dienende Öffnung 5. 6 ist der an die aktive Anodenoberfläche angrenzende Raumteil, der durch die Blende vom Innenraum der Röhre abgetrennt wird. Diese Abtrennung muss nur so weit vorgenommen werden, dass jeder andere Weg f für die Entladung zwischen Anode und Kathode gegenüber dem Entladungsweg, der die Blende durchquert, höhere Spannungsabfälle benötigt und also praktisch nicht benutzt wird.
Es kann dies in bekannter Weise durch Anordnung enger und genügend langer spaltförmiger Zwischenräume zwischen Anode 3 und metallenem Gehäuse 4 geschehen.
Da die Röhre erfindungsgemäss auf dem ansteigenden Aste der Charakteristik arbeitet, ist es möglich, einer Anode eine Mehrzahl von Blenden od. dgl. gegenüberzustellen, so dass an ein und derselben Anode mehrere parallel geschaltete Entladungen gleichzeitig bestehen.
Diese Bauart ist in Fig. 3 dargestellt, in welcher alle Ziffern die entsprechende Bedeutung haben wie in Fig. 2. An Stelle der einen Blende 5 sind hier drei Blendenöffnungen 5 eingezeichnet, welche wegen der positiven Charakteristik gleichzeitig parallel zueinander Strom führen können. Das metallene Gehäuse 4 der Fig. 2 ist hier ersetzt durch den Schirm 4 mit den Blendenöffnungen 5, der entweder dicht mit der Glaswand der Röhre verschmolzen oder, wie in der Figur dargestellt, wieder durch einen engen Spalt an die Wand anschliessen kann.
Als Gas-oder Dampfinhalt der Vakuumentladeröhre kommen in Betracht : Ein Edelgas, ein Metalldampf, insbesondere Quecksilberdampf, oder eine Mischung verschiedener Edelgase oder Metalldämpfe.
Damit die Blende im Sinne vorliegender Erfindung wirkt, ist es notwendig, dass sie von der aktiven Anodenoberfläche eine nicht zu grosse Entfernung habe. Die von der Blende nach der aktiven Anodenoberfläche ausgehende Elektronenstrahlung darf in dem von Innenraum der Röhre abgetrennten Raumteil verhältnismässig wenig ionisierende Zusammenstösse mit dem Gas-oder Dampfinhalt zur Folge haben.
Es ist also erforderlich, dass die Elektronenstrahlung von der Blende bis zur aktiven Anodenoberfläche höchstens einige mittlere freie Elektronenweglängen in dem verdünnten Gas-oder Dampfinhalt beträgt.
Die von der Blende nach der aktiven Anodenoberfläche ausgehende Elektronenstrahlung ist in den Fig. 2 und 3 mit 7 bezeichnet.
Die Kathode der Vakuumentladeröhre kann entweder eine Quecksilberkathode oder eine Glüh- kathode beliebiger Konstruktion sein.
Infolge der Einengung der Entladung durch die Blende od. dgl. kann bei höherer Belastung an der Blende eine erhebliche Wärmeentwicklung auftreten. Es ist daher angezeigt, die Blende od. dgl. aus einem hochschmelzenden Material, insbesondere aus einem hochschmelzenden Metall, herzustellen.
Unabhängig davon, ob die Röhre zur Erzeugung, zur Verstärkung oder zum Empfang hoch- frequenter Schwingungen verwendet wird, ist es in den meisten Fällen nötig, hochfrequente Schwing- kreise anzukoppeln. Diese Ankopplung kann entweder feldmässig oder auf galvanischem Wege geschehen.
Ausser der Anode oder der Kathode kann insbesondere auch die Blende zu derartiger Ankopplung benutzt werden.
Ein Hauptanwendungsgebiet vorstehend beschriebener Vakuumentladeröhre bildet die Erzeugung sehr kurzer elektrischer Wellen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Vakuumentladeröhre mit verdünntem Gas-oder Dampfinhalt zur Erzeugung oder Verstärkung oder zum Empfang hochfrequenter Schwingungen, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Weg der Entladung zwischen Anode und Kathode eine Blende od. dgl. angeordnet ist, die von dem Innenraum der Röhre einen an die aktive Anodenoberfläche angrenzenden Raumteil abtrennt und den Querschnitt der Entladung so einengt, dass bei geeigneter Stromstärke in der Röhre in den an die aktive Anodenoberfläche angrenzenden Raumteil ein mit wachsender Stromstärke zunehmender Spannungsabfall besteht.