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Entladungsröhre.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Entladungsröhre, deren Elektronenstrom durch ein annähernd senkrecht zur Entladungsrichtung verlaufendes elektrisches Feld gesteuert wird. Um die Steuerempfindlichkeit zu erhöhen, wird erfindungsgemäss Vorsorge getroffen, dass die Elektronen in der Steuerzone eine geringe Geschwindigkeit erhalten oder ganz zur Ruhe kommen.
Dieser Zustand wird dadurch erreicht, dass zwischen der Kathode und dem Steuerelektrodensystem mindestens zwei Elektroden angeordnet sind, mittels deren Spannungen die Dichte und die
Geschwindigkeit der von der Kathode ausgesandten Elektronen weitgehend unabhängig voneinander derart beeinflusst werden kann, dass die erwünschte Verlangsamung des Elektronenstromes innerhalb der Steuerzone eintritt, bzw. die Elektronen ganz zum Stillstand kommen. Im letzteren Fall bildet sich eine Äquipotentialfläche mit dem Potential Null aus, welche als virtuelle Kathode bezeichnet werden kann.
Es ist unmittelbar einleuchtend, dass zur Ablenkung eines Elektrons um einen bestimmten Betrag eine um so kleinere Spannung genügt, je kleiner seine kinetische Energie, also seine Geschwindigkeit ist. Umgekehrt kann man sagen, dass bezogen auf gleiche Länge und gleiche Intensität des elektrischen
Querfeldes das Elektron um so stärker senkrecht zur Flugriehtung abgelenkt wird, je langsamer es sich bewegt. Infolgedessen genügen bei langsamen Elektronen sehr schwache und im Verhältnis zum Entladungsweg kurze Felder. Vorbedingung für die tatsächliche Ausnutzung dieses Vorteils ist, dass die Stelle ruhender bzw. sich langsam bewegender Ladungen durch Einstellung der Spannungen der zwischen der Steuerelektrode und der Kathode liegenden Hilfselektroden in die unmittelbare Nähe der für die
Querfeldsteuerung vorgesehenen Elektroden verlegt wird.
Zu diesem Zwecke ist es notwendig, mindestens zwei Elektroden zwischen der als primäre Elektronenquelle dienenden Glühkathode und dem Steuersystem anzuordnen, von denen die dem Steuersystem unmittelbar benachbarte Elektrode ein konstantes positives Potential erhält und die Geschwindigkeit der durch ihre Öffnungen hindurchtretenden Elektronen bestimmt. Die der Kathode zunächst liegende Elektrode wird auf einem niedrigeren konstanten und vorzugsweise ebenfalls positiven Potential gehalten und regelt die Zahl der am gesteuerten Entladungsvorgang teilnehmenden Elektronen.
Eine unmittelbare Rückwirkung der Spannung der ersterwähnten Elektrode auf die Kathodenoberfläche findet bei geeigneter Bemessung der Durchgriffs-und Potentialverhältnisse nicht statt, so dass tatsächlich die Möglichkeit gegeben ist, Elektronenzahl und-geschwindigkeit unabhängig voneinander festzulegen.
Die Verteilung des Effektivpotentials im Entladungsraum hängt nicht nur von dem Potentialgefälle zwischen den einzelnen Elektroden, sondern auch von der Anwesenheit von Ladungsträgern ab. Da die Elektronen negativ geladene Teilchen sind, erniedrigen sie das Potential am Ort ihrer Anwesenheit.
Bei einer gewissen kritischen Stromdichte ist diese Erniedrigung so gross, dass an einer Stelle zwischen der Anode und der dem Steuersystem kathodenseitig benachbarten Hilfselektrode ein ausgesprochenes Potentialminimum auftritt, welches sogar den Wert Null erreichen kann ; dies ist der geeignete Ort zur Vornahme einer Steuerung. Die Lage der Minimumpotentialfläche hängt sowohl von der Zahl als auch der Geschwindigkeit der Elektronen ab und kann mittels der an beiden, zwischen Kathode und Steuersystem angeordneten Hilfselektroden aufgedrückten Spannungen verändert bzw. erfindungsgemäss in den Bereich der Steuerelektroden verlegt werden. Mit einer einzigen Elektrode lässt sich diese Wirkung nicht erzielen, da deren Spannung gleichzeitig Elektronenzahl und-geschwindigkeit beeinflusst und somit nicht volle Freiheit in der Wahl der Lage des Potentialminimums gewährt.
Im Gegen-
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satz zu den bisher bekannten Kathodenstrahlröhren mit Querablenkung des Elektronenstrahlbündels, bei denen die Intensität des aus dem Steuersystem austretenden Strahles unverändert bleibt und dieser lediglich eine räumliche Verlagerung erfährt, ermöglicht der Anmeldungsgegenstand eine Intensitätssteuerung nach dem Prinzip der Stromverteilung, indem die Intensität des aus dem Steuersystem austretenden Elektronenstromes um den von dem einen Teil des Steuersystems aufgenommenen Anteil des Entladungsstromes schwankt. Die Entladungsröhre ist daher in Schaltungen zur Erzeugung, Verstärkung und Gleichrichtung von Wechselspannungen verwendbar.
Der Erfindungsgedanke lässt sich auch so ausdrücken, dass bei den für die vorerwähnten Zwecke an sich bekannten Querfeldsteuerröhren Massnahmen zur willkürlichen Ausbildung einer virtuellen Kathode in unmittelbarer Nähe des Steuerelektrodensystems getroffen werden.
In den Figuren ist der Erfindungsgedanke beispielsweise an Hand einer für Verstärkungszwecke dienenden Entladungsröhre näher erläutert. Die Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Elektrodensystem mit einer Glühkathode K, einer zur Regelung der Elektronendichte dienenden Elektrode D und einem die Geschwindigkeit der Elektronen bestimmenden Gitter B. Vor der Anode A befindet sich das Steuerelektrodensystem, welches beispielsweise aus parallelen Platten gA und gB besteht.
Falls zwischen diesen Platten kein elektrisches Feld besteht, fliegen die Elektronen in der durch die Pfeillinien angedeuteten Richtung zur Anode. Ist'jedoch gemäss Fig. 2 zwischen den Elektroden gA und gB ein zur Entladungsrichtung senkrecht stehendes elektrisches Feld wirksam, welches durch die punktierten Pfeillinien angedeutet ist (wobei angenommen wird, dass die Platten gA gegenüber den Platten gB ein positives Potential besitzen), so werden die Elektronen senkrecht zur ursprünglichen Bewegungsrichtung abgelenkt und der Feldrichtung folgend auf die positiven Platten gA übergehen. Der Anodenstrom wird um die auf die Platten gA auftreffenden Elektronen verringert und kann praktisch bis auf Null gebracht werden.
Die zur Steuerung notwendigen Felder können äusserst schwach sein, wenn die Elektronen im Bereich der Steuerelektroden gA und gB eine geringe Geschwindigkeit besitzen oder dort ganz zum Stillstand gelangen. In diesem Falle kann nicht nur die Feldstärke klein, sondern auch die Ausdehnung des Feldes in der Bewegungsrichtung kurz sein, so dass die Platten gA und gB auch durch Stäbe oder Drähte ersetzt werden können. Selbstverständlich können die auf gleichem Potential befindlichen Elemente des Steuerelektrodensystems miteinander leitend verbunden und jede so gebildete Gruppe mit einer getrennten Zuführung versehen werden. Zweckmässig wird die Steuerelektrode so ausgebildet, dass die zu verschiedenen Gruppen gehörigen Elemente (Platten oder Stäbe) miteinander abwechseln.
Die Fig. 3 zeigt ein grundsätzliches Schaltbild. Um eine leistungslose Steuerung durchführen zu können, ist es zweckmässig, die veränderliche Spannung an jene Steuerelektrode bzw. Steuerelektrodengruppe anzulegen, welche keine Elektronen aufnimmt ; im Falle der Fig. 2 wären dies die Platten gB.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Schaltung zum Betrieb einer mit Querfeldsteuerung arbeitenden Elektronenröhre mit einer Glühkathode, einem aus zwei Elektroden bzw. Elektrodengruppen bestehenden Hilfselektrodensystem, einer Anode und mindestens zwei zwischen dem Hilfselektrodensystem und der Kathode befindlichen
Gitterelektroden, insbesondere für die Zwecke der Erzeugung, Verstärkung und Gleichrichtung von Wechselspannungen, dadurch gekennzeichnet, dass durch die dem Hilfselektrodensystem zugeführte Steuerspannung eine Verteilung des Entladungsstromes zwischen der Anode und der einen Hilfselektrode bzw. Hilfselektrodengruppe erfolgt, während die Potentiale der Gitterelektroden so gewählt werden, dass die Geschwindigkeit der Elektronen im Wirkungsbereich des Steuervorganges den Wert Null ganz oder nahezu erreicht.