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Elektronenentladungseinrichtung.
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Es ist bekannt, dass wenn Röhren dieser Art mit starken Anodenspannungsschwankungen und mit einer festen positiven Spannung der Schirmelektrode betrieben werden, eine sekundäre Emission von der Anode zum Schirmgitter auftreten kann, wenn die Anodenspannung beim Schwingen um mehr als einen bestimmten kleinen Wert unter die feste Spannung der Schirmelektrode absinkt. Für viele Zwecke ist das Fliessen eines solchen Sekundärstromes von der Anode zum Schirm unerwünscht, und es sind bereits Vorschläge gemacht worden, um dies zu verhindern.
Bei einer bekannten Schaltung ist ein drittes Gitter, das gewöhnlich mit der Kathode verbunden ist, zwischen der Schirmelektrode und der Anode angeordnet.
Nach der Erfindung hat eine Entladungseinrichtung der angegebenen Art eine Hilfselektrode, die mindestens im wesentlichen frei vom Wege des Elektronenstromes liegt und, unter einem niedrigen Potential, z. B. dem Kathodenpotential, stehend, das elektrostatische Feld zwischen Anode und Absehirm- elektrode derart ändern kann, dass selbst beim Fehlen eines Elektronenflusses zwischen Kathode und Anode die Änderungsgeschwindigkeit des Spannungsgradienten von der Anode zu der Abschirmelektrode positiv gemacht oder ihr andernfalls positiver Wert erhöht wird, u. zw. im wesentlichen auf der ganzen Anodenfläche, wenn das Anodenpotential niedriger als das der Absehirmelektrode ist, und ferner derart, dass unter Arbeitsbedingungen, d. h.
bei unter Kathodenpotential stehendem Steuergitter, und unter normalem Arbeitspotential stehender Abschirmelektrode die Charakteristik Anodenspannung-Anodenstrom keine Krümmung erfährt. Die Raumladung an sich ändert auch das elektrostatische Feld im Raum zwischen Anode und Abschirmelektrode. Diese Änderung zusammen mit der durch die Hilfselektrode hervorgerufenen hat sich als genügend herausgestellt, um unter Arbeitsbedingungen das Fliessen von Sekundärelektronen von der Anode zur Abschirmelektrode zu verhindern, selbst wenn die infolge der Raumladung hervorgerufene Änderung allein nicht genügt.
Obwohl bei einzelnen Entladungseinrichtungen nach der Erfindung die durch die Hilfselektrode hervorgerufene Verzerrung des elektrostatischen Feldes nicht derart zu sein braucht, dass sie praktisch beim Fehlen des Elektronenstromes ein Potentialminimum im Raum zwischen Anode und Schirm hervorruft, u. zw. über den ganzen Bereich der Arbeitsspannungen und der entsprechenden Anodenströme, so ist dennoch die kombinierte Wirkung der Einrichtung zum Ändern des elektrostatischen Feldes und der Raumladung derart, ein kombiniertes Potentialminimum über den ganzen Arbeitsbereich der Anodenspannungen und der entsprechenden Anodenströme hervorzurufen, indem Sekundäremission nach der Abschirmelektrode hin auftreten kann. Dies wird gewöhnlich als der Bereich betrachtet, in dem die Anodenspannung kleiner als die Schirmspannung ist.
Eine Ausführungsform einer Elektronenentladungseinrichtung nach der Erfindung hat eine von einem Steuergitter und einem Schirmgitter umgebene Kathode. Das Schirmgitter ist zum Teil von einer
Anode und zum Teil von einer Hilfselektrode, die gegen die Anode isoliert ist, umgeben. Die Anode und die Hilfselektrode bestehen je aus mehreren Teilen, und die Teile der Anode liegen zwischen den Teilen der Hilfselektrode.
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Verschiedene Ausführungsformen von Entladungseinrichtungen, die das Merkmal der Erfindung zeigen, werden nachstehend beschrieben, und die Theorie, die die beobachteten Phänomene erklären soll, wird später dargelegt. Indessen kann diese Theorie auf Grund weiterer Forschungsergebnisse eine Änderung erfahren.
In der Zeichung ist der Gegenstand der Erfindung in mehreren Ausführungsformen dargestellt ; es zeigen Fig. 1, 6 und 7 schematische Ansichten in Draufsicht verschiedener Ausführungsformen einer Entladungseinrichtung nach der Erfindung, Fig. 2 bis 5 Kurven zur Darstellung der Erfindung, Fig. 8, 9 und 12 schematische Draufsichten weiterer Ausführungsformen der Erfindung, Fig. 10 und 11 schematische Ansicht bzw. Draufsicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, Fig. 13, 14,15 und 16 Seitenansicht, Vorderansicht, Schnitt bzw.
Draufsicht einer zweckmässigen Ausführungsform der Erfindung, Fig. 17 schaubildlich eine Anode der Vorrichtung nach den Fig. 13 bis 16, Fig. 18 und 19 schaubildlich Ansichten des Verfahrens der Anodenhalterung bei Einrichtungen nach der Erfindung und Fig. 20, 21, 22 und 23 Seitenansicht, Schnitt, Längsschnitt bzw. Unteransieht einer zweiten zweckmässigen Ausführungsform der Erfindung.
Gleiche Teile sind in den verschiedenen Figuren durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet.
Nach Fig. 1 ist schematisch die Elektrodenanordnung einer Ausführungsform nach der Erfindung dargestellt. Eine Kathode a hat rechtwinkligen Querschnitt und ist länglich (in zur Papierebene senkrechter Richtung). Zwei Steuergitter bl und fliegen an jeder Seite der Kathode a und sind von ihr mittels Isolierstreifen k getrennt. Der eine Streifen liegt nahe am einen Ende der Kathode und der andere liegt am gegenüberliegenden Ende. Die Streifen k liegen deshalb im wesentlichen ausserhalb des Elektronenstromes. Zwei Schirmgitter e, und c liegen ausserhalb des Steuergitters und sind von ihm durch weitere Isolatoren k getrennt. Diese Teile können in. geeigneter Weise miteinander verbunden und innerhalb eines Gehäuses e, das eine Hilfselektrode bildet, befestigt werden.
Die Hilfselektrode hat Teile I, die sich nach dem Ladungsraum hin, aber nicht weit in ihn hinein erstrecken. Anoden dl und d2 sind, wie aus der Zeichnung ersichtlich, angeordnet. Es wird zunächst angenommen, dass die Anoden dl und d2 miteinander elektrisch verbunden sind und dass die beiden Gitter bl und b2 einerseits und Cl und C2 anderseits ebenfalls miteinander verbunden sind.
Wenn die Anoden dl, d2 gegenüber der Kathode a auf einem positiven Potential gehalten werden und wenn die Schirmgitter cund e, auf einem höheren als dem Anodenpotential gehalten werden, so wird die
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Fig. 2 dargestellt. Dort sind die Spannungen als Ordinaten und die Abstände als Abszissen eingetragen. Die Stellung der Anode ist durch die Linie D und die Stellung des Schirmgitters durch die Linie C dargestellt. Die Höhen dieser Linien stellen die Potentiale der Anoden bzw. des Schirmgitters dar. Die punktierte Linie go zeigt die Verteilung des Potentials auf Linien zwischen Anode und Schirm, die beim Fehlen eines Elektronenstromes und ohne die Hilfselektroden annähernd normal zu diesen Elektroden liegen.
Wenn Anode und Schirm unbegrenzte parallele Ebenen darstellen, so ist die Kurve go veine gerade Linie. Andernfalls ist sie, wie dargestellt, etwas gekrümmt. Aus der Wirkung der Hilfselektrode und ihrer Teile ! ergibt
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weiterer Potentialabfall im Raum Anode-Schirm erforderlich, um ein Potentialminimum in dem Raume, wie in Fig. 3 dargestellt, zu erzeugen. In dieser ist die Kurve g nach Fig. 2 punktiert dargestellt, und die Kurve 11, zeigt die Wirkung eines weiteren Potentialabfalles in diesem Raume. Ein derartiger weiterer Abfall kann natürlich durch Raumladung infolge der von der Kathode ausgehenden primären Elektronen und der von der Anode ausgehenden Sekundärelektronen auftreten.
Es hat sich indessen herausgestellt,
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ladung das Potentialminimum bei normalen Arbeitsströmen nicht bilden kann ; dies gilt wenigstens für die bisher untersuchten Fälle.
In Fig. 2 ist punktiert die Verteilung des Potentials gl dargestellt, wenn der durch 01 bezeichnete Schirm der Anode nähersteht. Es ist ersichtlich, dass der Potentialgradient in der Nähe der Anode bedeutend grösser als in dem vorher betrachteten Fall ist. Infolgedessen ist ein stärkerer zusätzlicher Potentialabfall erforderlich, um das gewünsehte Potentialminimum zu erzeugen. Die Kurve zeigt, wie wichtig es ist, die Anode in einem genügenden Abstande vom Schirm anzuordnen, wobei die Spannungen und die Ströme, mit denen die Elektroden arbeiten sollen, zu berücksichtigen sind.
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erzeugt.
Dieses bei einer Anodenspannung, die gleich der Schirmgitterspannung ist, elektrostatisch erzeugte Minimum verhindert bei genügender Tiefe das Fliessen von Sekundärelektronen zwischen Anode und Schirm in beiden Richtungen, u. zw. unter Bedingungen, bei denen der durch Raumladung allein hervorgerufene Abfall infolge der hohen Elektronengesehwindigkeiten nicht ausreicht. Wenn die Anodenspannung bedeutend niedriger als die Schirmspannung ist, verursacht eine Zunahme der Raumladungswirkung durch Verringerung der Elektronengesehwindigkeiten eine derartige Erhöhung des Potentialabfalles, dass, obgleich nunmehr kein elektrostatisches Potentialminimum vorhanden ist, genügend Gesamtabfall unter das Anodenpotential herrscht, um das Fliessen von Sekundärelektronen von der Anode zum Schirm zu verhindern.
Nach einer zur Richtung des Elektronenstromes senkrecht stehenden Linie (d. h. parallel zu den Anodenflächen) wird die Potentialverteilung im Raume zwischen Anode und Schirm natürlich derart sein, dass ein Maximum etwa in der Mitte der Linie und niedrige Werte an den beiden Enden vorhanden sind. Die Potentialverteilung in dem Raume ist infolgedessen sattelartig.
Die Änderung der Potentialverteilung im Raum Anode-Schirm", die durch die Hilfselektrode hervorgerufen wird, übt auf den im Raum Schirm-Anode fliessenden Elektronenstrom eine sammelnde oder konzentrierende Wirkung aus. Das Ergebnis dieser Elektronenkonzentration besteht darin, dass die erzeugte Raumladung beträchtlich erhöht und die Bildung eines Potentialminimums durch Raumladung unterstützt wird. Werden z. B. Sekundärelektronen von der Anode mit einer Geschwindigkeit von etwa 20 Volt ausgesendet, so können sie eine Strecke nach dem Schirmgitter hin gehen, bis sie eine Stellung erreichen, in der sie bei genügend dichter Raumladung durch Potentiale zur Ruhe gebracht werden, die sich aus der Raumladung und dem elektrostatischen Feld ergeben. Sie kehren dann zur Anode zurück und erzeugen weitere Sekundärelektronen.
Das Verfahren kann derart wiederholt werden, dass in der
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Sekundärelektronen ergibt. Die elektrostatische und die Raumladungsänderung ergeben zusammen ein kombiniertes Potentialminimum. Dieses kombinierte Potentialminimum kann das Fliessen eines Sekundärelektronenstromes von der Anode zum Schirmgitter verhindern.
Es ist gewöhnlich erwünscht, dass die Tetrode eine Anodenspannungs-Anodenstrom-Charakteristik hat, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist. In dieser ist die Anodenspannung EA als Ordinate und der Anodenstrom IA als Abszisse für verschiedene Werte der Steuergitterspannung Eg eingetragen. Es ist gewöhnlich erwünscht, dass das Knie m möglichst scharf gebeugt ist und bei einer möglichst niedrigen Spannung auftritt. Es darf ferner innerhalb der Charakteristik keine Biegung oder Knickung oder wenigstens keine scharf ausgeprägte Beugung auftreten. Eine Ausbuchtung wie bei n in der Kurve Eg =-4 und in kleinerem Masse in der Kurve Eg = -3 ist unwesentlich, weil dies eine ausserhalb des praktischen Arbeitsbereiches liegende Stelle ist.
Es hat sich indessen herausgestellt, dass man Vorrichtungen nach der Erfindung bauen kann, bei denen in jeder Charakteristik keine merkbare Knickung auftritt. Eine praktische Belastungslinie für Widerstandsbelastung ist bei o dargestellt. Bei einer induktiven Belastung kann die Belastungslinie die bei 01 punktiert angedeutete Gestalt haben. In keinem Fall liegen die merklich gebogenen Teile innerhalb des Arbeitsbereiches der Anodenspannung und des Anodenstromes. Es wird angenommen, dass die Charakteristik nach Fig. 5 erwünscht ist (es ist indessen zu beachten, dass für andere Zwecke andere Formen der Charakteristik vorzuziehen sind). Verschiedene Wege, bei denen Abweichungen von der gewünschten Charakteristik erzielt werden, werden gezeigt, um die Wirkungen der verschiedenen Variablen zu beurteilen.
Wenn entweder die Anode d1, dz zu kleine Fläche hat, die Hilfselektroden e zu dicht am Elektronenstrom stehen oder die Vorsprünge od. dgl. I zu weit in den Elektronenstrom hineinstehen, hat die Charakteristik ein Knie m von grossem Krümmungsradius, und der Wert der Anodenspannung, oberhalb deren der Strom annähernd konstant ist, ist nicht scharf begrenzt und ziemlich hoch. Wird die Anodenfläehe vergrössert oder werden die Hilfselektroden vom Elektronenstrom entfernt, so kann man die gewünschte Form der Charakteristik erhalten.
Eine weitere Vergrösserung der Fläche der Anode oder des Abstandes der Hilfselektroden vom Elektronenstrom ergibt eine Charakteristik, bei der das Knie m sehr scharf gebeugt ist und der Anodenstrom hinter dem Knie abfällt und dann wieder ansteigt, so dass die Kurve eine Beugung zeigt. Diese Gestalt der Charakteristik zeigt, dass eine Sekundäremission das Abschirmgitter erreicht.
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Es wird nunmehr beschrieben, wie eine Vorrichtung mit der gewünschten Charakteristik voraussichtlich arbeiten wird.
Es wird angenommen ; dass das Abschirmgitter auf einem bestimmten positiven Potential zur Kathode gehalten wird. Es wird ferner angenommen, dass die Hilfselektrode das Kathodenpotential hat, und die Anodenspannung wird zunächst als gleich mit dem Kathodenpotential betrachtet. Unter diesen Verhältnissen werden die nach der Anode hin geworfene Elektronen zur Ruhe kommen, ehe sie die Anode erreichen, u. zw. wegen des elektrostatischen Feldes, des niedrigen Anodenpotentials und der Raumladung. Wenn die Anodenspannung nunmehr auf einen Wert, der zum Beispiel der halben Kniespannung gleich ist, erhöht wird, so wird die Raumladung noch ausreichend sein, um in dem Raum zwischen Anode und Schirmgitter ein Potential vom Werte null zu erzeugen.
In diesem Bereich des Potentials null werden alle Elektronen zur Ruhe gebracht, und der Bereich kann als eine virtuelle Kathode angesehen werden. Die Anzahl der von der virtuellen Kathode nach der Anode oder nach dem Schirm fliessenden Elektronen wird durch das Anodenpotential bestimmt, und die nach der Anode fliessende Elektronenmenge nimmt zu, wenn das Anodenpotential zunimmt.
Oberhalb der Kniespannung besteht noch auf dem Elektronenwege ein Potentialminimum. Dieses Minimum ist aber nicht mehr null, und alle vom Absehirmgitter nach der Anode geschleuderten Elektronen können nur geradlinig weitergehen und schliesslich die Anode treffen, selbst wenn sie durch das Potentialminimum verzögert werden. Das Knie ist scharf gebeugt, weil bei Erhöhung der Anodenspannung die virtuelle Kathode eine Minimumzone, aber keine Nullpotentialzone wird, u. zw. tritt dies im wesentlichen gleichzeitig über die ganze Fläche der virtuellen Kathode auf. Wenn die Grösse der Anode verringert wird oder wenn die Hilfselektroden näher an den Elektronenstrom herangebracht werden, wird die virtuelle Kathode an den Rändern des Strahles auf einer grösseren Anodenspannung als in der Mitte gehalten.
Dadurch entsteht ein Knie von grösserem Krümmungsradius.
Wenn die Anode unzulässig gross gemacht wird, kann die Sekundärraumladung, die aus sich in verschiedenen Richtungen langsam bewegenden Elektronen besteht, sich nach den Teilen der Anode hin verbreiten, die von Primärelektronen oder wenigstens durch eine beträchtliche Anzahl von Primär elektronen nicht getroffen werden. Die Raumladung wird in diesem Fall in bezug auf Intensität geschwächt und kann so klein werden, dass sie das Fliessen von Sekundärelektronen nach dem Abschirmgitter hin nicht mehr verhindern kann. Selbst wenn die Anode nicht unzulässig gross ist, ist es gewöhnlich nötig, Massnahmen zu treffen, um zu verhindern, dass die Sekundärelektronen sich nach der Rückseite der Anode hin zerstreuen. Das Ergebnis ist dann das gleiche wie in dem Fall, wenn die Anode unzulässig gross ist.
Zu diesem Zweck werden die bereits beschriebenen Hilfselektroden so angeordnet, dass sie sich bis nahe an die Ränder der Anode erstrecken. Bei Anoden kleiner Grösse kann es sich als unnötig herausstellen, die Hilfselektroden so nahe an die Anode heranzurücken.
Wenn die Anode beträchtlich länger als breit ist, so ist es gewöhnlich erwünscht, die Hilfselektroden, wie bereits gesagt, nahe an den beiden gegenüberliegenden Randpaaren anzuordnen. Bei langen und schmalen Anoden oder wenn eine nicht vollständige Abschirmung gegen Sekundäremission zulässig ist, kann es genügen, die Hilfselektroden nur dicht an den längeren Kanten der Anode anzuordnen.
Wenn es erforderlich ist, die Kniespannung zu verringern, so ist es nötig, die Primärraumladung derart zu verringern, dass die dadurch gebildete virtuelle Kathode bei einer niedrigeren Anodenspannung verschwindet. Dies kann durch Erhöhen der Schinngitterspannung oder durch Verringern des Abstandes zwischen Anode und Abschirmgitter erfolgen. Die Grenze, bis zu der diese beiden Änderungen vorge- nommen werden können, hängt im ersten Fall davon ab, wieweit die Primärraumladung unter der Unter- stützung durch die Sekundärraumladung und das elektrostatische Feld ein Potentialminimum aufrecht- erhalten kann, das genügt, um ein Fliessen der Sekundärelektronen nach dem Abschirmgitter hin zu verhindern. Im zweiten Fall hängt die Grenze davon ab, wie feinmaschig das Schirmgitter ist.
Es hat sich herausgestellt, dass, wenn der Abstand zwischen der Anode und dem Absehirmgitter im
Vergleich zur Höhe des Abschirmgitters zu klein ist, z. B. um etwa das Vierfache oder weniger, die Elektronenverteilung auf der Anodenfläche ausgesprochen ungleichmässig ist. Die Wirkung davon ist die, dass Sekundärelektronen zum Abschirmgitter über die Teile des Raumes zurückkehren können, die vor den Absehirmgitterdrähten liegen, weil in diesen Teilen eine sehr geringe Primärraumladung und infolge- dessen nur eine sehr geringe Abschirmung infolge Raumladung besteht.
Diese Wirkung der Ungleichmässigkeit des Elektronenstromes kann verringert oder beseitigt werden, indem die Anode in mehrere Teile unterteilt wird und zweckmässig Hilfselektrodenplatten, die mit den vorher beschriebenen, zwischen zwei oder mehreren Teilen der Anode liegenden Hilfselektroden verbunden sind, eingesetzt werden.
Es ist bisher angenommen worden, dass die Hilfselektroden, durch die das elektrostatische Potential- minimum erzeugt wird, unter einem festen Potential stehen, das gleich dem Kathodenpotential ist. Dies ist nicht notwendigerweise der Fall. In erster Linie kann es sich als wünschenswert oder als zweckmässig herausstellen, die Hilfselektroden unter einem festen Potential zu halten, das vom Kathodenpotential abweicht. Eine Hildfselektrode mit dem Kathodenpotential in einer bestimmten Stellung kann häufig mit dem gleichen Ergebnis durch eine Hilfselektrode ersetzt werden, die näher am Elektronenstrom liegt
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und die Potential hat, das höher als das Kathodenpotential ist, oder durch eine Hilfselektrode, die weiter entfernt vom Elektronenstrom liegt und ein niedrigeres Potential als das Kathodenpotential hat.
Ferner ist es nicht nötig, dass das Hilfselektrodenpotential konstant gehalten werden muss. In vielen Fällen kann das Hilfselektrodenpotential gegenüber dem Potential der Anode oder des Steuergitters variieren.
Nach dem Merkmal der Erfindung, nämlich der Anordnung von Mitteln, durch die ein elektrostatisches Potentialminimum in einem Teile des Raumes zwischen Abschirmgitter und Anode erzeugt werden kann, wenigstens wenn diese beiden Elektroden gleiches Potential haben, ist es ferner gewöhnlich erwünscht, dass
1. eine eine virtuelle Kathode von niedrigem Anodenpotential bildende Zone zwischen Abschirm- gitter und Anode eine Zone eines Potentialminimums wird, 'die über das Potential null hinausgeht, u. zw. im wesentlichen gleichzeitig über den grösseren Teil der Zone bei Zunahme des Anodenpotentials, und
2. der Abstand zwischen Anode und Abschirmgitter nicht kleiner sein soll als etwa zweimal die Höhe des Schirmgitters, d. h. die Maschen dieses Gitters oder die entsprechende Grösse.
Die Bedingung 1 ist nicht wesentlich, weil, wenn sie nicht erfüllt ist, der Haupteffekt darin besteht, die Gestalt des Knies der Charakteristik zu beeinflussen. Die Wirkung davon kann nur die sein, dass die erzielbare Verstärkung nicht verzerrungsfrei ist wie bei einem schärferen Knie. Ein Knie, das etwas stärker abgerundet ist als notwendig, kann manchmal zweckmässig sein, da es sich als möglich herausgestellt hat, oberhalb der Kniespannung unter diesen Bedingungen eine höhere Impedanz zu. erhalten.
Anstatt die Hilfselektroden e längs der Gitter und der Kathode, wie in Fig. 1 dargestellt, anzuordnen, können die Hilfselektroden auch nur bis kurz vor das Abschirmgitter reichen, z. B. bis zu den nach innen vorstehenden Vorsprüngen nach Fig. 6. Das elektrostatische Feld im Raum zwischen der Anode und dem Abschirmgitter wird durch diese Verkürzung der Hilfselektroden nicht beeinflusst. Hilfselektroden p, die zweckmässig mit den Abschirmgittern Cl und C2 elektrisch verbunden sind, können dann um die Gitter und die Kathode vorgesehen sein. Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 liegt die Hilfselektrode an der Rückseite der Anode, wie bei q dargestellt, und reicht über sie hinaus.
Eine andere Ausführung der Anordnung nach Fig. 1 ist in Fig. 7 dargestellt. In dieser sind die Vorsprünge I weggelassen, und die Hilfselektrode e ist so gestaltet, dass sie das elektrostatische Feld im Raume Anode-Schirm in der gewünschten Weise beeinflusst. Wie in Fig. 6 ist die Hilfselektrode hinter der Anode bei q verlängert und wirkt auch als Befestigungsmittel für das Gitter und die Kathode. Zu diesem Zweck besteht die Elektrode e aus zwei Hälften mit Flanschen r, die miteinander durch Stifte oder sonstwie verbunden werden können. Geeignete Isolierungsmittel kl sind zwischen der Elektrode e und den Gittern C : t und C2 vorgesehen.
Eine andere Ausführungsform nach der Erfindung ist in Fig. 8 schematisch dargestellt. Nach Fig. 8 ist die längliche Kathode a von einem Steuergitter b umgeben, das seinerseits wieder von einem Schirmgitter c umschlossen ist. Um das Schirmgitter c ist eine zweiteilige Anode mit den Teilen dl und d2 angeordnet. Jeder Teil bildet einen Zylinderteil, und zwischen den Anodenteilen c4 und d2 liegen weitere zylindrische Elektroden und e2, die Teile der Hilfselektrode bilden. Die beiden Gitter b und esind zylindrisch. Diese beiden Elektroden zusammen mit der Anode und der Hilfselektrode erstrecken sich zweckmässig im wesentlichen über die ganze Länge der Kathode a.
In diesem Fall ist es ersichtlich, dass die Teile und e2 der Hilfselektrode Verlängerungen der Anodenteile d, und d. bilden undin derselben Zylindermantelfläche liegen wie die Anodenteile. Diese Fläche ist gleichachsig mit der Kathode a und den beiden Gittern bund c. Die Teile der Hilfselektrode sind elektrisch miteinander verbunden. Sie sind entweder mit der Kathode verbunden, z. B. innerhalb der Hülle/der Vorrichtung, oder gehen nach aussen zu einer Aussenklemme, durch die sie auf einem niedrigen Potential gehalten werden können, das gewöhnlich vom Kathodenpotential wenig abweicht.
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bereits beschrieben.
In die Raumzonen gegenüber den Stangen s, die die Gitter tragen, wird indessen ein Elektronenschatten geworfen, und in diesen Zonen fehlt der sogenannte Elektronenschirm oder ist ungenügend dicht, der dazu dient, die Sekundärelektronen aufzuhalten. Um diese Schwierigkeit zu beseitigen, sind Abschirmteile t vorgesehen, die derart angeordnet sind, dass sie die Sekundärelektronen aufhalten, die andernfalls das Schirmgitter c erreichen würden.
Die Schirme t können aus Metall oder aus Isoliermaterial bestehen. Im ersteren Fall können sie durchwegs aus Metall bestehen oder sie können einen Metallüberzug auf einer isolierenden Unterlage haben. Die Metallfläche kann mit den Hilfselektroden ei und e2 oder mit einer andern Stelle relativ niedrigen Potentials verbunden sein oder sie können unverbunden bleiben. Wenn isolierende Schirme verwendet werden, können sie aus Glas oder Glimmer bestehen. Im Betriebe nimmt jeder Schirm auf seiner Fläche eine Ladung an, die genügt, um sein Potential annähernd dem der Kathode gleichzumachen.
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Bei einer abgeänderten Ausführungsform der Einrichtung nach Fig. 8, wie sie in Fig. 9 dargestellt ist, sind die Anode und Hilfselektrode noch weiter in Teile dl, da, da usw. bzw. e, %, 63 unterteilt. Die ersteren liegen dabei zwischen den letzteren.
Nach den Fig. 10 und 11 ist eine abgeänderte Ausführungsform gegenüber den Fig. 8 und 9 dargestellt. Die Unterteilung erfolgt in der Längsrichtung der Kathode. Jeder Teil der Anode al, a2 und jeder Teil der Hilfselektrode , %, % hat die Gestalt eines kurzen Zylinders.
Fig. 12 zeigt eine Abänderung der Ausführung nach Fig. 8. Nach ihr sind die Schirme t und die Hilfselektroden el, % kombiniert, und die ganze Elektrode ssi, % ; kann als Hilfselektrode angesehen werden.
Bei den Anordnungen nach den Fig. l, 6,8, 9, und 10 sind die Hilfselektroden selbst die Verlängerung der Anode oder haben Teile u (Fig. 1 und 6) als Verlängerung der Anode.
Nach Fig. 12 hat die Hilfselektrode, obwohl sie keine Verlängerung der Anodenfläche bildet, dennoch Ränder, die nahe an den Rändern der Anode liegen, so dass die Anodenteile und zusammen mit den Hilfselektroden im wesentlichen einen hülsenartigen Teil bilden, der sich um die Gitter und die Kathode erstreckt. Die Hilfselektrode e nach den Fig. 1, 6 und 7 kann sich natürlich auch vollkommen um die Anode und die Gitter erstrecken, d. h. um deren Ränder, die parallel zur Papierebene liegen. Dies ist gewöhnlich erwünscht, wenn die Anode und die Gitter im wesentlichen viereckige oder runde Gestalt haben.
Wenn diese Elektroden eine bedeutend grössere Länge als Breite haben (in der Richtung der Längsachse der Kathode), so ist es häufig überflüssig, die Hilfselektrode die Gitter und Anode vollkommen einschliessen zu lassen.
Bei Entladungseinrichtungen der beschriebenen Art, bei denen die Hilfselektroden bis nahe an die Ränder der Anode herantreten, ist es häufig zweckmässig, die Anode mit den Hilfselektroden mittels geeigneter Isolatoren zu verbinden, die zum Beispiel aus Glimmer oder keramischem Werkstoff bestehen können. Zwei Befestigungsarten sind in den Fig. 18 und 19 dargestellt. Nach Fig. 18 sind die Innenränder der Hilfselektroden f1. und sss derart geschlitzt, dass zwei Zungen vl und fs nach aussen in eine horizontale Ebene nahe an der Spitze der beiden Hilfselektroden gebogen werden können. Zwei ähnliche Zungen sind ebenfalls nach aussen in eine horizontale Ebene nahe am Fusse der beiden Hilfselektroden gebogen.
Dies ist jedoch in der Zeichnung nicht dargestellt. Die Anode d, die die Gestalt einer rechteckigen Platte hat, hat eine Stange w zweckmässig von viereckigem Querschnitt, die in der Mittellinie der Anode befestigt ist. Zwei Isolatoren in Gestalt rechteckiger Stangen, von denen die obere bei x angedeutet ist, haben in ihrer Mitte je ein viereckiges Loch, und in ihren Enden sind Nuten eingeschnitten. Die Stange w, die über das obere und untere Ende der Anode hinaustritt, ist in die Löcher der Isolatoren x eingesetzt.
Die Isolatoren werden in ihre Lage längs der Hilfselektroden eingesetzt. Die Innenränder der Hilfselektroden greifen in die Nuten an den Enden der Isolatoren. Die Zungen Vl und Va werden dann nach aussen und um die Isolatoren herum gebogen, wie bei Va ersichtlich, um sie zu halten.
Bei einer andern Ausführungsform nach Fig. 19 sind dünne Isolierstreifen und % an der Anode d befestigt, zum Beispiel mittels Niete, u. zw. nahe am oberen und unteren Ende. Diese Streifen stehen nach aussen über die senkrechten Ränder der Anode hervor. Die Anode wird auf die Zungen Vl, v"v"und v, gebracht, die aus der Ebene der Hilfselektrode, wie vorher angegeben, herausgebogen sind. Die Zungen werden über die vorstehenden Enden der Streifen, wie bei und gezeigt, umgebogen, um diese zu halten.
Anstatt die Zunge aus den Abschirmteilen herauszubiegen, können natürlich auch entsprechende
Zungen an diesen Schirmen befestigt werden, z. B. durch Schweissen.
Das vorher beschriebene Verfahren kann auch für die Befestigung einer Mehrzahl von Anodenteilen aneinander, wie es vorher beschrieben ist, in Fällen angewendet werden, in denen die Anode in eine Mehrzahl von Teilen unterteilt ist. Wenn die Anodenteile durch eine Hilfselektrode getrennt werden, so können die benachbarten Teile der Hilfselektrode ebenfalls mittels der vorbeschriebenen Isolatoren miteinander verbunden werden. In ähnlicher Weise kann eine Elektrode mit einer andern Elektrode verbunden werden, sofern diese Elektroden einander-genügend nahestehende Teile haben.
Bei der Ausführungsform der Erfindung nach den Fig. 13 bis 17 sind zwei Steuergitter bl und und zwei Schirmgitter Ci und ca mit entsprechendem Abstand voneinander und von der Kathode a mittels geeigneter Isolatoren 7e angeordnet. Die beiden Steuergitter sind miteinander und mit einer Leitung 1 verbunden, die durch den Oberteil der Hülle f geht. Die Gitter bestehen aus dünnen, zwischen Stützstangen angeordneten Drähten. Zwischen den beiden oberen und den beiden unteren Drähten jedes
Gitters gehen Isolierstreifen 2, z. B. aus Glimmer, hindurch. Zwei Anoden und sind an den Glimmerstreifen 2 mittels Zungen 3 befestigt, die durch den Glimmer hindurchgehen und umgebogen sind.
Mit jeder Anode ist eine Hilfselektrode verbunden, die aus einem flachen Teil 4 mit einer grossen rechteckigen Öffnung besteht. Sie besteht ferner aus Seitenteilen 5 und nach innen vorstehenden Teilen 6, die bis nahe an die Ränder der Anode reichen. In den rechteckigen Öffnungen der Hilfselektroden sind rohrartige
Schirme 25 und 26 angeordnet. Ihre Ränder sind an den Schirmgittern e, und Ca befestigt und dadurch mit ihnen elektrisch verbunden. Die ebenen Teile 5 der Hilfselektroden legen sich mittels Isolierstreifen k auf den durch Gitter und Kathode gebildeten Bauteil. Die beiden Hilfselektroden werden dann mittels metallischer Streifen 7 verbunden. Diese können durch Punktschweissung verbunden werden.
Kathode
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und Gitter sind dann fest miteinander verbunden. Vier Metallteile 8 werden dann an der Hilfselektrode durch Punktschweissung befestigt ; sie dienen dazu, eine Bewegung der Glimmerstreifen 2 zu verhindern.
Die Schirme 25 und 26 können gegebenenfalls so verlängert werden, dass sie zusammen mit dem Schirmgitter c das Steuergitter b mit Ausnahme der Öffnungen für die Durchführung der Kathoden-und Steuergitterleitung vollkommen umschliessen.
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werden. Gegebenenfalls können sie nach aussen zu getrennten Klemmen geführt werden, so dass die Vorrichtung als Gegentaktverstärker verwendet werden kann. Die Hilfselektrode kann mit der Kathode innerhalb der Hülle verbunden werden. Gegebenenfalls kann sie aber auch mit einer besonderen Klemme ausserhalb der Hülle verbunden sein, so dass sie auf jedem gewünschten Potential gehalten werden kann. Das Potential der Hilfselektrode ist gewöhnlich fest. Wie bereits angegeben, braucht es aber nicht fest zu sein, da es z. B. auch mit dem Anodenpotential variieren kann.
In den Fig. 20 bis 23 ist eine Bauart der Vorrichtung nach Fig. 8 dargestellt. Die Elektroden sind zwischen zwei Scheiben aus Isoliermaterial 9 und 10, z. B. aus Glimmer, angeordnet, die sägezahnartige Ränder haben, die sich gegen die Innenwandung der Hülle liegen können. Die Anoden d1 und d2 und die Hilfselektroden Cl und C2 sind auf den Glimmerscheiben 9 und 10 mittels Nasen 11 befestigt, die durch Öffnungen der Scheiben hindurchgehen und umgebogen sind. Infolgedessen dienen die Elektroden d1 d"e"e, dazu, mit den Scheiben 9 und 10 einen starren Bauteil zu bilden. Die Kathode a liegt in Öffnungen in der Mitte der Scheiben 9 und 10. Die Gitterträger s gehen auch durch Löcher der Scheiben 9 und 10.
Die Kathode ist indirekt beheizt. Die Heizspule hat nach aussen führende Leitungen 12 und 13. Die Kathode selbst ist mit einer Leitung 14 verbunden. Die Anodenteile d1 und d2 sind miteinander durch einen Draht 15 und mit einer Leitung 16 verbunden. Die Teile Cl und C2 der Hilfselektrode sind miteinander und mit Schirmen t durch einen Draht 17 und mit einer Leitung 18 sowie auch mit der Kathode a verbunden. Die Gitter bund c sind mit Leitungen 19 bzw. 20 verbunden. Die Schirme t liegen in dem Schatten, der durch die Stangen s geworfen wird. Ihr Zweck ist in Verbindung mit Fig. 8 angegeben.
Die Schirme sind an den Glimmerscheiben 9 und 10 mittels Nasen 21 befestigt.
Die Anodenteile d1 und d2 können, wie ersichtlich, Vorsprünge oder vorstehende Teile 22 in Gestalt von kleinen ringartigen Teilen aus Blech haben. Diese Vorsprünge liegen zweckmässig nahe an dem oberen und unteren Ende jedes Teiles d1 und d2. Bei der einen Ausführungsform haben sie von den Enden der Teile d1 und d2 einen Abstand etwa von 1/5 der ganzen Länge der Teile. Der Zweck dieser Vorsprünge besteht darin, Elektronen aufzuhalten, die schräg in den Raum Anode-Schirm gehen und die beim Fehlen der Vorsprünge den Schirm erreichen, der um die Aussenseite der Raumladungsfläche angeordnet ist.
Es hat sich herausgestellt, dass ausser den verschiedenen das Arbeiten der Entladungseinrichtung nach der Erfindung beeinflussenden bereits erwähnten Faktoren noch andere Punkte berücksichtigt werden müssen. Wenn das Schirmgitter zu nahe am Steuergitter liegt oder eine zu grosse Öffnung hat, kann das Steuergitter eine Verringerung des Potentials im Raume Anode-Schirm hervorrufen. Diese Potentialabnahme steigert die Wirkung der Hilfselektrode und muss beim Entwerfen der Einrichtung in Rechnung gestellt werden. Andernfalls kann das Knie der Charakteristik einen unzulässig grossen Krümmungsradius erhalten, ausserdem kann eine Verringerung der Impedanz der Einrichtung oberhalb der Kniespannung eintreten. Die erste Wirkung ergibt sich wohl dadurch, dass die virtuelle Kathode bei verschiedener Spannung an verschiedenen Punkten des Raumes Anode-Schirm verschwindet.
Die zweite Wirkung entsteht vermutlich durch den Einfluss des Steuergitters, das die Beseitigung der sekundären Raumladung vom Gitter durch die Anode verhindert.
Bei verschiedenen Ausführungen ist es erwünscht, die Öffnungen des Steuergitters mit den Öffnungen des Schirmes in der Richtung des Elektronenstromes in eine Linie zu legen. Wenn eine Vorrichtung wie nach der Erfindung mit in einer Linie liegenden Gittern befriedigend arbeiten soll, so kann es sich herausstellen, dass sie unbefriedigend arbeitet, wenn die Gitter nicht in einer Linie liegen. Die dadurch hervorgerufene Wirkung ist gleich derjenigen, die durch die Verwendung eines Schirmes mit zu grosser Öffnung hervorgerufen wird.
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Electron discharge device.
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It is known that when tubes of this type are operated with strong anode voltage fluctuations and with a fixed positive voltage of the screen electrode, secondary emission from the anode to the screen grid can occur if the anode voltage oscillates by more than a certain small value below the fixed voltage the shield electrode sinks. For many purposes the flow of such a secondary current from the anode to the screen is undesirable, and proposals have already been made to prevent this.
In one known circuit, a third grid, usually connected to the cathode, is placed between the shield electrode and the anode.
According to the invention, a discharge device of the type specified has an auxiliary electrode which is at least substantially free from the path of the electron flow and, below a low potential, e.g. B. the cathode potential, the electrostatic field between anode and shield electrode can change in such a way that even in the absence of an electron flow between cathode and anode, the rate of change of the voltage gradient from the anode to the shield electrode is made positive or its otherwise positive value is increased, u. essentially over the entire anode surface if the anode potential is lower than that of the shield electrode, and furthermore in such a way that under working conditions, i. H.
with the control grid under cathode potential and the shielding electrode under normal working potential, the anode voltage-anode current characteristic does not experience any curvature. The space charge itself also changes the electrostatic field in the space between the anode and the shielding electrode. This change together with that caused by the auxiliary electrode has been found to be sufficient to prevent the flow of secondary electrons from the anode to the shielding electrode under working conditions, even if the change caused by the space charge alone is not sufficient.
Although in the case of individual discharge devices according to the invention, the distortion of the electrostatic field caused by the auxiliary electrode does not need to be such that it practically causes a potential minimum in the space between the anode and the screen in the absence of the electron flow, u. Between the entire range of the working voltages and the corresponding anode currents, the combined effect of the device for changing the electrostatic field and the space charge is nevertheless such as to produce a combined potential minimum over the entire working range of the anode voltages and the corresponding anode currents by secondary emission after the Shielding electrode can occur. This is usually considered to be the area where the anode voltage is less than the screen voltage.
An embodiment of an electron discharge device according to the invention has a cathode surrounded by a control grid and a screen grid. The screen grid is part of one
Anode and partially surrounded by an auxiliary electrode that is insulated from the anode. The anode and the auxiliary electrode each consist of several parts, and the parts of the anode lie between the parts of the auxiliary electrode.
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Various embodiments of discharge devices showing the feature of the invention are described below, and the theory intended to explain the phenomena observed will be presented later. However, this theory may change due to further research.
In the drawing, the object of the invention is shown in several embodiments; 1, 6 and 7 show schematic views in plan view of different embodiments of a discharge device according to the invention, FIGS. 2 to 5 curves to illustrate the invention, FIGS. 8, 9 and 12 show schematic plan views of further embodiments of the invention, FIGS 11 is a schematic view or plan view of a further embodiment of the invention, FIGS. 13, 14, 15 and 16 are side views, front views, sections or
Top view of an expedient embodiment of the invention, FIG. 17 diagrammatically shows an anode of the device according to FIGS. 13 to 16, FIGS. 18 and 19 diagrammatically views of the method of anode holding in devices according to the invention and FIGS , Section, longitudinal section and bottom view of a second useful embodiment of the invention.
The same parts are denoted by the same reference symbols in the various figures.
According to Fig. 1, the electrode arrangement of an embodiment according to the invention is shown schematically. A cathode a has a rectangular cross section and is elongated (in a direction perpendicular to the plane of the paper). Two control grids bl and fly on each side of the cathode a and are separated from it by means of insulating strips k. One strip is close to one end of the cathode and the other is on the opposite end. The strips k are therefore essentially outside the electron flow. Two screen grids e, and c are located outside the control grid and are separated from it by further isolators k. These parts can be connected to one another in a suitable manner and fastened within a housing e which forms an auxiliary electrode.
The auxiliary electrode has parts I which extend towards the cargo space, but not far into it. As can be seen from the drawing, anodes dl and d2 are arranged. It is initially assumed that the anodes dl and d2 are electrically connected to one another and that the two grids bl and b2 on the one hand and Cl and C2 on the other hand are also connected to one another.
If the anodes dl, d2 are kept at a positive potential with respect to the cathode a and if the screen grids c and e are kept at a higher than the anode potential, the
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Fig. 2 shown. The voltages are entered there as ordinates and the distances as abscissas. The position of the anode is shown by line D and the position of the screen grid is shown by line C. The heights of these lines represent the potentials of the anodes or the screen grid. The dotted line go shows the distribution of the potential on lines between the anode and the screen, which in the absence of an electron flow and without the auxiliary electrodes are approximately normal to these electrodes.
If the anode and the screen represent unlimited parallel planes, the curve go v is a straight line. Otherwise, as shown, it will be somewhat curved. From the effect of the auxiliary electrode and its parts! results
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further potential drop in the anode-screen space is required in order to generate a potential minimum in the space, as shown in FIG. In this curve g according to FIG. 2 is shown in dotted lines, and curve 11 shows the effect of a further drop in potential in this space. Such a further decrease can of course occur through space charge due to the primary electrons emanating from the cathode and the secondary electrons emanating from the anode.
It has turned out, however,
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charge cannot form the minimum potential with normal working currents; this applies at least to the cases examined so far.
In Fig. 2, the distribution of the potential gl is shown dotted when the screen denoted by 01 is closer to the anode. It can be seen that the potential gradient in the vicinity of the anode is significantly greater than in the case previously considered. As a result, a greater additional drop in potential is required in order to generate the desired minimum potential. The curve shows how important it is to place the anode at a sufficient distance from the screen, taking into account the voltages and currents with which the electrodes are to work.
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generated.
This minimum, which is electrostatically generated at an anode voltage which is equal to the screen grid voltage, prevents secondary electrons from flowing between the anode and screen in both directions if the depth is sufficient. under conditions in which the drop caused by space charge alone is not sufficient due to the high electron velocities. If the anode voltage is significantly lower than the screen voltage, an increase in the space charge effect by reducing the electron velocity causes such an increase in the potential drop that, although there is now no electrostatic minimum potential, there is enough total drop below the anode potential to allow secondary electrons to flow from the anode to prevent the screen.
According to a line perpendicular to the direction of the electron flow (i.e. parallel to the anode surfaces), the potential distribution in the space between anode and screen will of course be such that there is a maximum approximately in the middle of the line and low values at both ends. The potential distribution in the space is consequently saddle-like.
The change in the potential distribution in the anode-screen space, which is caused by the auxiliary electrode, has a collecting or concentrating effect on the electron current flowing in the screen-anode space. The result of this electron concentration is that the space charge generated increases considerably and the If, for example, secondary electrons are emitted from the anode at a speed of around 20 volts, they can walk a distance towards the screen until they reach a position in which they are sufficiently dense with space charge are quenched by potentials arising from the space charge and the electrostatic field, and then return to the anode and generate more secondary electrons.
The method can be repeated such that in the
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Secondary electrons results. The electrostatic and the space charge change together result in a combined minimum potential. This combined minimum potential can prevent a secondary electron current from flowing from the anode to the screen grid.
It is usually desirable that the tetrode have an anode voltage-anode current characteristic as shown in FIG. In this, the anode voltage EA is entered as the ordinate and the anode current IA as the abscissa for various values of the control grid voltage Eg. It is usually desirable that the knee m is bent as sharply as possible and occurs with the lowest possible tension. Furthermore, no bending or kinking or at least no sharply pronounced flexion must occur within the characteristic. A bulge as with n in the curve Eg = -4 and to a lesser extent in the curve Eg = -3 is insignificant because this is a place outside the practical working range.
It has been found, however, that devices according to the invention can be built in which no noticeable kinking occurs in any characteristic. A practical load line for resistive loading is shown at o. In the case of inductive loading, the loading line can have the shape indicated by dotted lines at 01. In no case are the noticeably bent parts within the working range of the anode voltage and the anode current. It is believed that the characteristic of Figure 5 is desirable (however, note that other forms of characteristic are preferable for other purposes). Various ways in which deviations from the desired characteristic are achieved are shown in order to assess the effects of the various variables.
If either the anode d1, dz has too small an area, the auxiliary electrodes e are too close to the electron flow or the protrusions or the like I protrude too far into the electron flow, the characteristic has a knee m with a large radius of curvature and the value of the anode voltage , above which the current is approximately constant, is not sharply delimited and quite high. If the anode area is enlarged or if the auxiliary electrodes are removed from the electron flow, the desired shape of the characteristic can be obtained.
A further increase in the area of the anode or the distance between the auxiliary electrodes and the electron flow results in a characteristic in which the knee m is very sharply bent and the anode current falls behind the knee and then increases again, so that the curve shows a diffraction. This shape of the characteristic shows that a secondary emission reaches the shield grille.
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It will now be described how a device with the desired characteristics is likely to operate.
It is believed ; that the screening grid is kept at a certain positive potential to the cathode. It is further assumed that the auxiliary electrode has the cathode potential, and the anode voltage is initially considered to be equal to the cathode potential. Under these conditions the electrons thrown towards the anode will come to rest before they reach the anode, and the like. because of the electrostatic field, the low anode potential and the space charge. If the anode voltage is now increased to a value that is, for example, equal to half the knee voltage, the space charge will still be sufficient to generate a potential of zero value in the space between anode and screen grid.
In this area of zero potential, all electrons are brought to rest and the area can be viewed as a virtual cathode. The number of electrons flowing from the virtual cathode to the anode or the screen is determined by the anode potential, and the amount of electrons flowing to the anode increases as the anode potential increases.
Above the knee tension there is still a potential minimum on the electron path. However, this minimum is no longer zero, and all electrons thrown from the screen grid towards the anode can only continue in a straight line and finally hit the anode, even if they are delayed by the potential minimum. The knee is sharply bent because when the anode voltage is increased, the virtual cathode becomes a minimum zone but not a zero potential zone. between. This occurs essentially simultaneously over the entire area of the virtual cathode. If the size of the anode is reduced or if the auxiliary electrodes are brought closer to the electron flow, the virtual cathode at the edges of the beam is kept at a higher anode voltage than in the center.
This creates a knee with a larger radius of curvature.
If the anode is made unacceptably large, the secondary space charge, which consists of electrons moving slowly in different directions, can spread to the parts of the anode that are not hit by primary electrons or at least a considerable number of primary electrons. In this case, the space charge is weakened in terms of intensity and can become so small that it can no longer prevent the flow of secondary electrons towards the shielding grid. Even if the anode is not unacceptably large, it is usually necessary to take measures to prevent the secondary electrons from scattering towards the rear of the anode. The result is then the same as in the case when the anode is impermissibly large.
For this purpose, the auxiliary electrodes already described are arranged so that they extend close to the edges of the anode. With anodes of small size, it may turn out to be unnecessary to move the auxiliary electrodes so close to the anode.
If the anode is considerably longer than it is wide, it is usually desirable to arrange the auxiliary electrodes close to the two opposite pairs of edges, as has already been stated. In the case of long and narrow anodes or if incomplete shielding against secondary emissions is permitted, it may be sufficient to arrange the auxiliary electrodes only close to the longer edges of the anode.
If it is necessary to reduce the knee voltage, it is necessary to reduce the primary space charge in such a way that the virtual cathode thus formed disappears at a lower anode voltage. This can be done by increasing the lattice voltage or by reducing the distance between the anode and the shielding grid. The limit up to which these two changes can be made depends, in the first case, on the extent to which the primary space charge, supported by the secondary space charge and the electrostatic field, can maintain a potential minimum that is sufficient for flow to prevent the secondary electrons after the screening grid. In the second case, the limit depends on how fine-meshed the screen grid is.
It has been found that when the distance between the anode and the screen grid is im
Compared to the height of the screen is too small, e.g. B. by about four times or less, the electron distribution on the anode surface is extremely uneven. The effect of this is that secondary electrons can return to the shielding grid via the parts of the room that lie in front of the shielding grid wires, because in these parts there is very little primary space charge and consequently only very little shielding due to space charge.
This effect of the irregularity of the electron flow can be reduced or eliminated by dividing the anode into several parts and expediently using auxiliary electrode plates which are connected to the auxiliary electrodes described above and located between two or more parts of the anode.
It has hitherto been assumed that the auxiliary electrodes, through which the electrostatic potential minimum is generated, are under a fixed potential which is equal to the cathode potential. This is not necessarily the case. First and foremost, it may prove to be desirable or expedient to keep the auxiliary electrodes under a fixed potential which differs from the cathode potential. An auxiliary electrode with the cathode potential in a certain position can often be replaced with an auxiliary electrode that is closer to the electron flow with the same result
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and which has a potential which is higher than the cathode potential, or by an auxiliary electrode which is further away from the electron flow and has a lower potential than the cathode potential.
Furthermore, it is not necessary for the auxiliary electrode potential to be kept constant. In many cases the auxiliary electrode potential can vary with respect to the potential of the anode or the control grid.
According to the feature of the invention, namely the arrangement of means by which an electrostatic potential minimum can be generated in a part of the space between the shielding grid and anode, at least when these two electrodes have the same potential, it is also usually desirable that
1. a zone forming a virtual cathode of low anode potential between the shielding grid and anode becomes a zone of a potential minimum, which goes beyond the potential zero, u. between essentially simultaneously over the greater part of the zone with an increase in the anode potential, and
2. the distance between the anode and the screen grid should not be less than about twice the height of the screen grid, d. H. the meshes of this grid or the corresponding size.
Condition 1 is not essential because, if not met, the main effect is to affect the shape of the knee of the characteristic. The effect of this can only be that the gain that can be achieved is not free of distortion, as with a sharper knee. A knee that is slightly more rounded than necessary can sometimes be useful as it has been found possible to have a higher impedance above knee tension under these conditions. receive.
Instead of arranging the auxiliary electrodes e along the grid and the cathode, as shown in FIG. 1, the auxiliary electrodes can also only extend until just before the shielding grid, e.g. B. up to the inwardly protruding projections according to FIG. 6. The electrostatic field in the space between the anode and the shielding grid is not influenced by this shortening of the auxiliary electrodes. Auxiliary electrodes p, which are expediently electrically connected to the shielding grids C1 and C2, can then be provided around the grid and the cathode. In the embodiment according to FIG. 6, the auxiliary electrode is located on the rear side of the anode, as shown at q, and extends beyond it.
Another embodiment of the arrangement according to FIG. 1 is shown in FIG. In this, the projections I are omitted, and the auxiliary electrode e is designed in such a way that it influences the electrostatic field in the spatial anode screen in the desired manner. As in Fig. 6, the auxiliary electrode is elongated behind the anode at q and also acts as a fastening means for the grid and the cathode. For this purpose, the electrode e consists of two halves with flanges r, which can be connected to one another by pins or otherwise. Suitable insulating means kl are provided between the electrode e and the grids C: t and C2.
Another embodiment according to the invention is shown schematically in FIG. According to FIG. 8, the elongated cathode a is surrounded by a control grid b, which in turn is again enclosed by a screen grid c. A two-part anode with parts d1 and d2 is arranged around the screen grid c. Each part forms a cylinder part, and between the anode parts c4 and d2 there are further cylindrical electrodes and e2 which form parts of the auxiliary electrode. The two grids b and es are cylindrical. These two electrodes together with the anode and the auxiliary electrode expediently extend essentially over the entire length of the cathode a.
In this case, it can be seen that the parts and e2 of the auxiliary electrode are extensions of the anode parts d, and d. and lie in the same cylindrical surface area as the anode parts. This area is coaxial with the cathode a and the two grids bund c. The parts of the auxiliary electrode are electrically connected to each other. They are either connected to the cathode, e.g. B. inside the sheath / device, or go outside to an external clamp by which they can be held at a low potential which usually deviates little from the cathode potential.
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already described.
Meanwhile, an electron shadow is thrown into the spatial zones opposite the rods s that support the grids, and in these zones the so-called electron shield is absent or insufficiently dense, which serves to hold up the secondary electrons. In order to overcome this difficulty, shielding parts t are provided which are arranged in such a way that they stop the secondary electrons which would otherwise reach the screen grid c.
The screens t can be made of metal or of insulating material. In the former case they can consist entirely of metal or they can have a metal coating on an insulating base. The metal surface can be connected to the auxiliary electrodes ei and e2 or to another point of relatively low potential, or they can remain unconnected. If insulating screens are used, they can be made of glass or mica. In operation, each screen takes on a charge on its surface that is sufficient to make its potential approximately equal to that of the cathode.
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In a modified embodiment of the device according to FIG. 8, as shown in FIG. 9, the anode and auxiliary electrode are further subdivided into parts d1, da, da, etc. and e,%, 63, respectively. The former lie between the latter.
According to FIGS. 10 and 11, a modified embodiment compared to FIGS. 8 and 9 is shown. The division takes place in the longitudinal direction of the cathode. Each part of the anode a1, a2 and each part of the auxiliary electrode,%,% has the shape of a short cylinder.
FIG. 12 shows a modification of the embodiment according to FIG. 8. According to it, the screens t and the auxiliary electrodes el,% are combined, and the entire electrode ssi,%; can be viewed as an auxiliary electrode.
In the arrangements according to FIGS. 1, 6, 8, 9 and 10, the auxiliary electrodes themselves are the extension of the anode or have parts u (FIGS. 1 and 6) as an extension of the anode.
According to FIG. 12, although it does not form an extension of the anode surface, the auxiliary electrode has edges which are close to the edges of the anode, so that the anode parts and together with the auxiliary electrodes essentially form a sleeve-like part which extends around the grids and the cathode extends. The auxiliary electrode e according to FIGS. 1, 6 and 7 can of course also extend completely around the anode and the grids, i.e. H. around their edges, which are parallel to the plane of the paper. This is usually desirable when the anode and grids are generally square or round in shape.
If these electrodes have a length that is significantly greater than their width (in the direction of the longitudinal axis of the cathode), it is often unnecessary to let the auxiliary electrode completely enclose the grid and anode.
In the case of discharge devices of the type described, in which the auxiliary electrodes come close to the edges of the anode, it is often expedient to connect the anode to the auxiliary electrodes by means of suitable insulators, which can consist of mica or ceramic material, for example. Two types of attachment are shown in FIGS. According to Fig. 18, the inner edges of the auxiliary electrodes are f1. and sss slotted in such a way that two tongues vl and fs can be bent outwards into a horizontal plane close to the tip of the two auxiliary electrodes. Two similar tongues are also bent outwards into a horizontal plane close to the foot of the two auxiliary electrodes.
However, this is not shown in the drawing. The anode d, which has the shape of a rectangular plate, has a rod w, suitably of a square cross-section, which is fixed in the center line of the anode. Two insulators in the form of rectangular rods, of which the upper one is indicated at x, each have a square hole in their middle and grooves are cut in their ends. The rod w, which extends beyond the upper and lower ends of the anode, is inserted into the holes of the insulators x.
The insulators are inserted in their position along the auxiliary electrodes. The inner edges of the auxiliary electrodes engage in the grooves at the ends of the insulators. The tongues Vl and Va are then bent outwards and around the insulators, as can be seen at Va, in order to hold them.
In another embodiment according to FIG. 19, thin insulating strips and% are attached to the anode d, for example by means of rivets, and the like. between near the top and bottom. These strips protrude outward beyond the vertical edges of the anode. The anode is placed on the tongues Vl, v "v" and v, which are bent out of the plane of the auxiliary electrode, as previously indicated. The tongues are bent over the protruding ends of the strips as shown at and to hold them.
Instead of bending the tongue out of the shielding parts, corresponding
Tongues are attached to these screens, e.g. B. by welding.
The above-described method can also be applied to the attachment of a plurality of anode parts to each other as described above in cases where the anode is divided into a plurality of parts. If the anode parts are separated by an auxiliary electrode, the adjacent parts of the auxiliary electrode can likewise be connected to one another by means of the above-described insulators. In a similar way, one electrode can be connected to another electrode, provided that these electrodes have parts that are sufficiently close to one another.
In the embodiment of the invention according to FIGS. 13 to 17, two control grids bl and and two screen grids Ci and ca are arranged at a corresponding distance from one another and from the cathode a by means of suitable insulators 7e. The two control grids are connected to one another and to a line 1 which goes through the upper part of the envelope f. The grids consist of thin wires placed between support bars. Between the top two and the bottom two wires each
Grid go insulating strips 2, z. B. made of mica, through. Two anodes and are attached to the mica strips 2 by means of tongues 3 which pass through the mica and are bent over.
An auxiliary electrode is connected to each anode and consists of a flat part 4 with a large rectangular opening. It also consists of side parts 5 and inwardly protruding parts 6, which reach close to the edges of the anode. In the rectangular openings of the auxiliary electrodes are tubular
Screens 25 and 26 arranged. Their edges are attached to the screen grids e and Ca and are thereby electrically connected to them. The flat parts 5 of the auxiliary electrodes are placed on the component formed by the grid and cathode by means of insulating strips k. The two auxiliary electrodes are then connected by means of metallic strips 7. These can be connected by spot welding.
cathode
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and grids are then firmly connected to each other. Four metal parts 8 are then attached to the auxiliary electrode by spot welding; they serve to prevent the mica strips 2 from moving.
The screens 25 and 26 can optionally be lengthened so that, together with the screen grid c, they completely enclose the control grid b with the exception of the openings for the passage of the cathode and control grid lines.
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will. If necessary, they can be led outside to separate terminals so that the device can be used as a push-pull amplifier. The auxiliary electrode can be connected to the cathode within the envelope. If necessary, however, it can also be connected to a special clamp outside the casing so that it can be held at any desired potential. The potential of the auxiliary electrode is usually fixed. As already stated, however, it does not need to be firm, as it B. can also vary with the anode potential.
In FIGS. 20 to 23 a type of device according to FIG. 8 is shown. The electrodes are between two disks of insulating material 9 and 10, e.g. B. made of mica, which have sawtooth-like edges that can lie against the inner wall of the shell. The anodes d1 and d2 and the auxiliary electrodes Cl and C2 are attached to the mica disks 9 and 10 by means of lugs 11 which pass through openings in the disks and are bent over. As a result, the electrodes d1 d “e” e serve to form a rigid component with the disks 9 and 10. The cathode a lies in openings in the middle of the disks 9 and 10. The lattice girders s also go through holes in the disks 9 and 10.
The cathode is heated indirectly. The heating coil has lines 12 and 13 leading to the outside. The cathode itself is connected to a line 14. The anode parts d1 and d2 are connected to one another by a wire 15 and to a line 16. The parts Cl and C2 of the auxiliary electrode are connected to each other and to screens t by a wire 17 and to a line 18 and also to the cathode a. The grid bund c are connected to lines 19 and 20, respectively. The screens t lie in the shadow cast by the poles s. Its purpose is given in connection with FIG.
The screens are attached to the mica disks 9 and 10 by means of lugs 21.
As can be seen, the anode parts d1 and d2 may have projections or protruding parts 22 in the form of small ring-like parts made of sheet metal. These projections are conveniently close to the upper and lower ends of each part d1 and d2. In one embodiment, they are spaced from the ends of parts d1 and d2 by about 1/5 of the entire length of the parts. The purpose of these projections is to stop electrons which go obliquely into the anode-screen space and which, in the absence of the projections, reach the screen which is arranged around the outside of the space charge surface.
It has been found that in addition to the various factors already mentioned which influence the operation of the discharge device according to the invention, other points must also be taken into account. If the screen grid is too close to the control grid or has an opening that is too large, the control grid can cause a reduction in the potential in the room anode-screen. This decrease in potential increases the effectiveness of the auxiliary electrode and must be taken into account when designing the device. Otherwise, the knee of the characteristic can have an impermissibly large radius of curvature, and a reduction in the impedance of the device above the knee tension can also occur. The first effect arises from the fact that the virtual cathode disappears at different voltages at different points in the anode-screen space.
The second effect is probably due to the influence of the control grid, which prevents the anode from removing the secondary space charge from the grid.
In various embodiments, it is desirable to place the openings in the control grid in line with the openings in the screen in the direction of the electron flow. If a device as according to the invention is to work satisfactorily with in-line grids, it may turn out to work unsatisfactorily if the grids are not in line. The effect produced by this is the same as that produced by using a screen with an opening that is too large.
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