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Entladungsröhre mit doppelter Steuerung des Entladungsstromes.
Um die bei den Überlagerungsempfängern notwendige Frequenzumwandlung mit möglichst gutem Wirkungsgrad durchführen zu können, sind in den letzten Jahren eine Reihe von besonderen, sogenannten"Mschröhren"entwickelt worden. Das Prinzip dieser bisher bekannten Mischröhren ist übereinstimmend folgendes : Von der Glühkathode geht ein Elektronenstrom aus, der durch ein der Kathode unmittelbar vorgelagertes erstes Steuergitter gesteuert werden kann. Dieser Elektronenstrom passiert ein hinter diesem Steuergitter liegendes Schirmgitter, das auf festem Potential gehalten wird, und tritt in ein zweites, hinter diesem Schirmgitter liegendes Steuersystem ein.
Dieses Steuersystem besteht in Anlehnung an die primären Steuersysteme ebenfalls aus einem Steuergitter, hinter dem eine Anode oder ein System aus Schirmgitter, Fanggitter und Anode gelagert ist. Hat das zweite Steuergitter das Potential Null, so ist das Effektivpotential in dieser Steuergitterebene genügend hoch und die durch das vorgelagerte Schirmgitter hindurchtretenden Elektronen können zum grossen Teil diese Steuergitterfläche passieren und zur dahinterliegenden Anode gelangen.
Wird an das zweite Steuergitter ein negatives Potential gegeben, so sinkt das Effektivpotential der zweiten Steuergitterfläche, und ein Teil der durch das vorgelagerte Schirmgitter hindurchtretenden Elektronen ist nicht mehr in der Lage, diese Steuergitterfläche zu passieren und die dahinterliegende Anode zu erreichen, sondern muss vor der zweiten Steuergitterfläche umkehren und zum vorgelagerten Schirmgitter, das es kurz vorher passiert hat, oder direkt zur Kathode zurückfliessen. Je stärker negativ das Potential des zweiten Steuergitter gemacht wird, desto grösser ist die Zahl der umkehrenden Elektronen. Durch genügend hohes negatives Potential am zweiten Steuergitter kann schliesslich der Elektronenstrom zur hinteren Anode vollkommen abgeriegelt werden.
Der Elektronenstrom, der zur Arbeitsanode gelangen kann, wird also durch zwei voneinander völlig unabhängige Steuergitter beeinflusst. Dabei bestimmt die erste Steuerung die Stärke des von der Kathode ausgehenden Elektronenstromes und die zweite Steuerung die Verteilung dieses Elektronenstromes auf Anode und inneres Schirmgitter und Kathode. In der konstruktiven Ausführung dieses Prinzips sind eine Reihe von Variationen in den letzten Jahren ausgeführt worden, die z. B. ausser den bisher genannten Elektroden noch weitere Hilfselektroden enthalten, die zur Erzeugung der Überlagerungsschwingung benutzt werden. Diese Hilfselektroden ändern jedoch nichts an der beschriebenen Wirkungsweise der Röhre.
Im Gebrauch der soeben beschriebenen Röhren mit doppelter Steuerung des Anodenstromes stellte sich eine Reihe von Mängeln heraus. So neigen diese Röhren bei empfindlichen Empfangsgeräten zur Erzeugung von Störgeräuschen, dem sogenannten "Rauschen" der Empfänger. Bei Benutzung der Röhren für kurze Wellen von zirka 20 bis 30 m Wellenlänge nehmen die Elektronen Energie von den Hochfrequenzfeldern auf und sind dadurch imstande, gegen negative Potentiale anzulaufen, so dass die Steuergitter auch bei negativer Vorspannung einen Strom aufnehmen und die angeschlossenen Schwingungs- kreise gedämpft werden.
Wie Untersuchungen gezeigt haben, werden nun alle diese bei den bisher bekannten Mischröhren auftretenden Störeffekte durch die Umkehr der Elektronen vor dem zweiten Steuergitter und die dadurch bedingte lange Laufzeit der Elektronen sowie die damit zusammenhängenden Raumladeeffekte verursacht.
Diese Schwierigkeiten werden erfindungsgemäss dadurch behoben, dass die zweite Steuerung des von der Kathode abgehenden und durch das erste Steuergitter hindurchtretenden Elektronenstromes
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zwar ebenfalls durch Stromverteilung erfolgt, durch besondere Konstruktion und Dimensionierung der Elektroden aber dafür gesorgt wird, dass die Elektronen, die nicht zur Anode gelangen können, nicht umkehren oder zum inneren Schirmgitter zurückkehren, sondern dass diese Elektronen durch die zweite Steuerelektrode lediglich in ihrer Richtung abgelenkt und als Folge dieser Ablenkung nicht mehr zur Anode, sondern zu einer an sich beliebigen Hilfselektrode gelangen.
Dabei wird das zweite Steuersystem konstruktiv so gestaltet, dass die Elektronen bei dieser Ablenkung möglichst wenig an Geschwindigkeit verlieren, auf keinen Fall aber-wie bei den bisher bekannten Konstruktionen-bis auf die Geschwindigkeit Null abgebremst werden. Ist diese Hauptforderung erfüllt, so besitzen alle Elektronen nur noch Laufzeiten,'die vergleichbar'sind mit den Laufzeiten bei den normalen Pentho'den, und ausserdem können in der Umgebung der zweiten Steuerelektrode keine allzu starken Elektronenraumladungen mehr auftreten. Damit ist auch die Ursache der oben geschilderten Störeffekte beseitigt.
Um den Erfindungsgedanken an Beispielen etwas näher zu erläutern, sollen einige Konstruktionsmöglichkeiten gezeigt werden. In der Fig. 1 ist beispielsweise ein Entladungssystem im- Querschnitt gezeigt. Um die Glühkathode 1 ist ein ovalzylindrisches Steuergitter 2 und ein ebenfalls ovalzylindrisches Schirmgitter 3 herumgelegt. Aus diesem Entladungssystem tritt vorzugsweise in den beiden Winkeln a je ein Elektronenschwarm aus. Hinter dem Schirmgitter 3 liegt jetzt, vorzugsweise in diesen Winkelbereichen, ein weiteres Steuergitter 4 und ein weiteres Schirmgitter 5, wobei letzteres nur in dem Bereich der Winkel a für die Elektronen durchlässig ist, während es in den übrigen Winkeln aus Vollblech besteht und Elektronen nicht hindurchtreten lässt.
Hinter dem durchlässigen Teil des Schirmgitters 5 liegt, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines nicht dargestellten Fanggitters, die Anode 6. Durch geeignete Formgebung des Steuergitter 4 und des dazugehörigen Schirmgitters 5 muss dafür gesorgt werden, dass beim Anlegen negativer Potentiale an die Steuerelektrode 4 die in den Winkeln a austretenden Elektronen ohne allzu grossen Geschwindigkeitsverlust seitlich auf die Elektrode 5 abgelenkt werden.
Ein solcher Steuervorgang entspricht also tatsächlich den oben gestellten Forderungen, indem keine merkliche Umkehr von Elektronen auf das aus den Elektroden 1, 2 und 3 bestehende System erfolgt.
In der Ausbildung der Elektroden 4, 5 und 6 sind eine sehr grosse Reihe von Variationsmöglichkeiten gegeben. Durch geeignete Formgebung des primären Elektrodensystems 1, 2 3 kann man erreichen, dass die Elektronen in gewissem Umfange gebündelt (nämlich nur innerhalb der Winkel a) in das sekundäre Entladungssystem eintreten.
In der Fig. 2 ist ein weiteres Konstruktions-Beispiel im Längsschnitt gezeigt. Im Gegensatz zum ersten Beispiel erfolgt dabei die Verteilung der Elektronen im zweiten Steuersystem nicht auf verschiedene radiale Segmente, sondern auf verschiedene in der Längsrichtung der Kathode liegende Teile des Systems.
Wiederum bilden die Kathode 1, das erste Steuergitter 2 und das Schirmgitter 3 zusammen das primäre Steuersystem. Hinter dem Schirmgitter 3 liegt das zweite verhältnismässig grobmaschig Steuergitter 4 und hinter diesem ein weiteres Sc11irrngitter 5. Dieses Schirmgitter ist so ausgebildet, dass es nur an den hinter den Drähten des Steuergitter 4 liegenden Stellen für Elektronen durchlässig ist, jedoch nicht in den dazwischen befindlichen Teilen. Hinter dem Schirmgitter 5 liegt wiederum-gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Fanggitters-die Anode 6, die sich entweder über die ganze Länge des Elektrodensystems erstreckt oder auch nur aus Teilen zu bestehen braucht, die hinter den durchbrochenen Teilen des Schirmgitters liegen.
Bei diesem System ist nun der Vorgang folgender' : Besitzt das Steuergitter 4 das Potential Null, so können die von der Kathode kommenden Elektronen verhältnismässig gleichmässig hindurehtreten und gelangen mit ungefähr gleichmässiger Dichte auf das Schirmgitter 5 ; ein Teil dieser Elektronen wird dann durch die Öffnungen des Schirmgitters 5 hindurchtreten und zur Anode 6 gelangen.
Erhält nun das Steuergitter 4 ein negatives Potential, so werden die Elektronen, die durch das Schirmgitter 3 hindurchtreten, in die Lücken zwischen den Drähten des Gitters 4 zusammengedrängt und vorzugsweise auf die massiven Teile des Schirmgitters 5 auftreffen, so dass der Anodenstrom geringer wird. Es wird also auch bei diesem Beispiel eine Steuerung des Anodenstromes durch das Gitter 4 erreicht, wobei aber der Steuervorgang im Gegensatz zu den bisher bekannten Ausführungen nicht auf einer Umkehr, sondern auf einer mehr oder weniger ausgeprägten Konzentration der Elektronen auf die verschiedenen Teile des Schirmgitters 5 beruht.
Durch geeignete Dimensionierung, vor'allem durch geeignete Wahl der Abstände zwischen den Elektroden 3, 4 und 5 sowie durch geeignete Wahl der Windungsabstände des Gitters 4 und geeignete Spannungen an den Elektroden 3, 4 und 5 lässt sich diese Forderung ebenso wie bei den bekannten Anordnungen der Elektronenmikroskope weitgehend erreichen.
Durch diese beiden Beispiele soll der Erfindungsgedanke lediglich erläutert werden, ohne dass die möglichen Konstruktionsformen dadurch eingeengt werden. Das Hauptmerkmal der Erfindung bleibt, dass die zweite Steuerung des zur Anode gelangenden Elektronenstromes durch Stromverteilung zwischen der Anode und einer weiteren Hilfselektrode in der Art erfolgt, dass die Elektronen nicht wie bisher umkehren und zu den Teilen des ersten Schirmgitters zurückkehren, durch welches sie kurz vorher in das zweite Steuersystem eingetreten sind.
Dieses Ziel kann erreicht werden durch Bündelung der Elektronen und Beeinflussung der Schärfe oder der Strahlrichtung dieser'Bündelung mit Hilfe des zweiten Steuergitter, wobei die Bündelung wahlweise bereits im ersten System : Kathode, Steuergitter, Schirmgitter, oder auch erst im zweiten System erfolgen kann.
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Ebenso wie bei den bisher bekannten Mischröhren können selbstverständlich auch in ein erfindungsgemässes System beliebig weitere Hilfselektroden eingebaut werden, oder es können die schon vorhandenen Hilfselektroden sehaltungsmässig zu den gleichen Zwecken wie bei den bisher bekannten Schaltungen benutzt werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Entladungsröhre mit doppelter Steuerung des Entladungsstromes, vorzugsweise zur Verwendung als Mischröhre, wobei die erste Steuerung an der Glühkathode in bekannter Weise durch Steuergitter und Schirmgitter und die zweite Steuerung im zweiten Steuersystem durch Stromverteilung zwischen der Anode und einer Hilfselektrode erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromverteilungssteuerung durch Richtungsänderung ohne wesentliche Abbremsung der Elektronen in einer solchen Weise erfolgt, dass eine Umkehr von Elektronen zu dem Teil des Primärsystemes, das sie vorher passiert haben, in merklichem Umfange nicht eintritt.