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Elcktrischer Schwingullgserzcuger.
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Das Hauptziel der Erfindung ist, eine neue Art von Sehwingungserzeugern zu schaffen. Der Schwingungserzeuger gemäss der Erfindung hat die Eigenschaft, einen Gleichstrom mit ausserordentlich hohem Wirkungsgrad umzuwandeln ; er ist an keine bestimmten Frequenzgrenze gebunden und eignet sich besonders für die Erzeugung von Schwingungen von 30 MHz aufwärts. Er ist in gleicher Weise für die Erzeugung sehr grosser oder sehr kleiner Energiemenge geeignet. Die elektrischen Stromkreise lassen sich bei ihm symmetrisch ausbilden, so dass die neutralenpunkte des Kreises geerdetwerdenkönnen, ohne dass weitere Schwierigkeiten oder Komplikationen entstehen.
Der Schwingungserzeuger gehört zur Gruppe der Hoehvakuumgeräte, die unabhängig von lonisationserscheinungen sind, und ist daher frei von Unbeständigkeiten und Unsicherheiten, die diese Erscheinungen mit sich bringen. Er kann leicht
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frei von den Schwierigkeiten und Komplikationen, die durch die Kathodenheizkreise bedingt sind.
In den Zeichnungen ist Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Sehwingungserzeugers gemäss der Erfindung, der aus der Sehwingröhre und den dazugehörigen Stromkreisen besteht, Fig. 2 eine Darstellung einer weiteren Ausführungsform des Sehwingungserzeugers, bei der die Amplitude der Schwingung einer Selbstbegrenzung unterliegt, Fig. 3 ein Querschnitt durch eine Sehwingröhre, die innerhalb eines permanenten Magneten eingeordnet ist, Fig. 4 ein Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform, bei der die Schwingungen ohne Verwendung von Führungs-oder Konzentrationsfeldern erzeugt werden, Fig. 5 die Darstellung eines Stromkreises, in dem eine Röhre nach Fig. 4 verwendet ist, Fig.
6 eine Darstellung einer weiteren Ausführungsform in Gestalt einer unsymmetrischen Röhre und Fig. 7 eine
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Es sind Vorrichtungen bekannt, in denen durch Ausnutzung der Sekundärelektronenemission ausserordentlich kleine Ströme derart vervielfacht werden, dass ein grosser Ausgangsstrom entsteht.
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bezieht sich besonders auf die Erzeugung solcher selbsterregter Schwingungen.
In ihrer allgemeinsten Form benötigt die Erfindung ein Elektrodenpaar, das einen Elektronenweg begrenzt. Eine Wolke von Elektronen wird durch an die Elektroden angelegte Spannungen in dieser Strecke zum Schwingen gebracht und erzeugt beim Auftreffen auf die eine Elektrode, die als Kathode bezeichnet wird, bei genügender Geschwindigkeit Sekundärelektronen, u. zw. in einem Verhältnis, das grösser als 1 ist, wenn man die Zahl der Sekundärelektronen mit der der Primärelektronen vergleicht. Auf
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wird. Ein von diesem Strom verursachter Spannungsabfall wird in richtiger Phasenlage benutzt, um der schwingenden Elektronenwolke die nötige Auftreffgeschwindigkeit auf die andere Elektrode zu erteilen.
Auf diese Art tritt eine Selbsterregung ein, und es können dem Stromkreis verhältnismässig grosse Beträge von Schwingungsenergie entnommen werden. Die Energie zur Aufrechterhaltung der
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Schwingungen stammt natürlich aus der Gleichstromquelle, deren Spannung genügend gross sein muss, um die Sekundärelektronen im erforderlichen Verhältnis auszulösen.
Um die Schwingungen sowohl von selbst in Gang zu bringen als sie auch von selbst in Gang zu halten, sind weitere etwas strengere Bedingungen zu erfüllen. Wird von Anfang an eine Erregerschwingung
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lichen Spannungsabfall erzeugt. Dies wird bei fast jedem Elektrodenmaterial der Fall sein, vorausgesetzt, dass die Elektronen auf ihrem Weg genügend genau geführt sind, so dass nur eine geringe Wahrscheinlichkeit dafür besteht, dass sie vor dem Auftreffen auf die Kathode aufgefangen werden. Um jedoch die Schwingungen von selbst in Gang zu setzen, muss die Austrittsarbeit an der Kathodenfläche so niedrig wie möglich sein, und es wird aus diesem Grunde vorgezogen, die Kathoden mit Oberflächen aus photoelektrisehem Material, wie z.
B. den Alkalimetallen, hydriertem Kalium oder dem ausserordentlich empfindlichen Caesiumsilberoxyd, zu versehen. Die zuletzt genannten Substanzen haben sich dabei nach den bisherigen Versuchen als am besten geeignet erwiesen. Es wurde festgestellt, dass mit einer solchen Oberfläche fast jeder noch so schwache Anstoss die Schwingungen selbst unter den ungünstigsten Bedingungen in Gang setzt. Nachdem die Vorrichtung eine Zeit lang im Betrieb ist und die Elektroden warm geworden sind, wird es schwieriger, die Schwingungen zu verhindern als sie in Gang zu setzen.
Fig. 1 zeigt eine besonders einfache und leicht herstellbare Ausführungsform. Die Vakuumröhre, die der Hauptbestandteil des Gerätes ist, enthält eine evakuierte Hülle 1 von zylindrischer Form mit Kathoden 2,2'an den gegenüberliegenden Enden. Die Kathoden werden von Zuführungsdrähten 4 getragen, die durch die Wandungen der Röhre hindurchgeführt sind, und bestehen aus Scheiben von reinem Silber, dessen Oberfläche oxydiert und. mit Caesium überzogen ist, wie es aus der Herstellung von photoelektrischen Zellen bekannt ist. Eine Anode 5, die aus einem sich an die Wandung der Röhre anlegenden Ring besteht, ist in der Mitte zwischen den Kathoden befestigt und mit einer Zuführung 6 in der Röhrenwandung verbunden.
Zwischen den beiden Kathoden ist ein Schwingungskreis mit einer Induktivität ? und einem parallel dazu liegenden, veränderlichen Kondensator 9 angeordnet. Eine mittlere Anzapfung'10 an der Induktivität steht über eine Spannungsquelle 11 mit der Anode in Verbindung, u. zw. zweckmässig über Hochfrequenzdrosseln12 und 14, die, ohne absolut erforderlich zu sein, die Arbeitsweise des Gerätes
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ist nur als Beispiel für die vielen bekannten Arten der Energieentnahme aus einem Schwingkreis angeführt.
Die Röhre ist von einer Spule 16 umgeben, die von einer Stromquelle 17 mit Gleichstrom gespeist wird. Der Strom kann mit einem Widerstand 19 genau eingestellt werden.
Es sei angenommen, dass zunächst keine Schwingungen vorhanden sind und dass Elektronen etwa in der Mitte der Kathode 2 mit einer Geschwindigkeit Null ausgelöst werden. Solche Elektronen wurden auf die Anode 5 zu beschleunigt und würden in Abwesenheit eines von der Spule 16 erzeugten Sammelfeldes wahrscheinlich die Anode treffen und aus dem Raum zwischen den Elektroden entfernt werden. Wenn jedoch die Sammelspule in der geeigneten Weise erregt wird, so bewirkt das entsprechende Feld, dass die Elektronen an der Anode vorbei einem Punkt der gegenüberliegenden Kathode 2'zugeführt werden, der dem Punkt der Kathode 2, von dem die Elektronen ausgingen, entspricht. Auf ihrem Wege werden die Elektronen so lange beschleunigt, bis sie die mittlere Ebene der Anode erreichen.
Von diesem Punkt an werden sie von dem elektrostatischen Feld der Stromquelle 11 abgebremst und kommen unter den erwähnten Bedingungen auf der gegenüberliegenden Kathode mit der Geschwindigkeit Null an.
Zur Zurücklegung der Strecke haben sie eine Zeit gebraucht, die vom Potential der Spannungsquelle j ! 2 und dem Abstand der beiden Kathoden abhängt.
Wird der Resonanzkreis, der die Spule 7 und den Kondensator 9 enthält, auf eine Frequenz abgestimmt, deren halbe Periode ungefähr gleich der Laufzeit der Elektronen ist, so erzeugt die Auslösung von Elektronen an der Kathode 2 einen Strom, der von der Stromquelle durch die eine Hälfte der Induktivität 7 zur Kathode fliesst. Hiedurch entsteht ein Potentialabfall, der an beiden Kathoden in solcher Richtung liegt, dass die Geschwindigkeit der Elektronen erhöht wird und sie auf die Kathode 2' mit einer bestimmten Geschwindigkeit auftreffen.
Ist diese Geschwindigkeit genügend gross, um Elektronen von der zweiten Kathode im Verhältnis grösser als 1 auszulösen, dann bildet die Differenz zwischen der Zahl der auftreffenden Primärelektronen und der ausgelösten Sekundärelektronen einen Strom, der durch den andern Zweig der Induktivität ? fliesst. Es entsteht auf diese Weise ein
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Material der Kathodenoberfläche. Die Abmessungen und die Spannung bestimmen den Gradienten zwischen den beiden Kathoden. Die Geschwindigkeit, mit der ein Elektron die gegenüberliegende
Kathode trifft, wird fast ganz durch das Integral des Schwingpotentials entlang der Bahn bestimmt.
Die Auftreffgeschwindigkeit wird daher am grössten, wenn der ganze Weg während einer halben Schwingung zurückgelegt wird, d. h. während einer Periode, während der das Potential der Kathode, von dem das Elektron ausgeht, negativ in bezug auf die gegenüberliegende Kathode ist. Ob dies auch die Bedingung für die maximale Emission beim Auftreffen ist oder nicht, hängt davon ab, auf welchem Teil der Sekundäremissionskurve die Röhre arbeitet. Die Kurven fast sämtlicher Stoffe haben im wesentlichen den Verlauf nach Fig. 7, wobei jedoch die Absolutwerte für die verschiedenen Stoffe sehr schwanken.
Sind die Spannungen so bemessen, dass das Auftreffen mit einer Geschwindigkeit erfolgt, die dem ansteigenden Zweig der Kurve entspricht, so wird eine Steigerung der Geschwindigkeit eine entsprechend Steigerung der Zahl der ausgelösten Sekundärelektronen mit sich bringen. Wenn jedoch die
Spannung der Kuppe der Kurve entspricht, wird bei einer Steigerung der Spannung keine Steigerung der Elektronenzahl bei jedem Aufschlag eintreten, während bei einer Steigerung der Spannung bis in den absteigenden Ast der Kurve eine weitere Spannungssteigerung zu einer Verringerung der Zahl der
Sekundärelektronen führt.
Der Einfluss des Sammelfeldes auf die Schwingungen hängt von der Zahl der Elektronen ab, die trotz der Wirkung des Sammelfeldes von der Anode aufgefangen werden. Wenn die Schwingungen zuerst in Gang gebracht werden, sind alle verfügbaren Elektronen notwendig, um Sekundärelektronen zu erzeugen, und für die Inbetriebnahme muss daher die Fokussierung recht genau eingestellt sein. Wenn jedoch der Gleichgewichtszustand erreicht ist, müssen alle Elektronen, die über die Zahl der auftreffenden Primärelektronen hinausgehen, während jeder halben Periode aufgefangen werden.
Mit einem grossen Vorrat an Primärelektronen und einem hohen Verhältnis zwischen Sekundär-und Primärelektronen wird, nachdem die Schwingung einmal eingeleitet ist, die Fokussierung weit weniger kritisch, und eine Verminderung der Intensität des Sammelfeldes wird im allgemeinen tatsächlich eine starke Steigerung der Schwingleistung hervorrufen. Die Erfahrung hat gezeigt, dass die Schwingungen weiter bestehen, wenn die Feldstärke auf ungefähr ein Zehntel des Anfangswertes gesenkt wird.
Der Einfluss des Materials der Kathodenoberfläche auf die Wirkungsweise der Vorrichtung liegt auf der Hand. Einer der bequemsten Wege zur Ingangsetzung der Schwingungen ist bei Verwendung der erwähnten Caesiumoberflächen die Belichtung einer der Kathoden. Die Caesium-Oxydoberflächen haben einen ausserordentlich niedrigen Wert der Austrittsarbeit, und es können Sekundärelektronen im Verhältnis 4 oder 5 ohne weiteres erzeugt werden. Dies führt offenbar zu einem schnellen Aufbau des Stromes in dem Schwingungskreis und einer schnellen und leichten Ingangsetzung.
. Um die Grössenordnung der Konstanten des Stromkreises anzudeuten, sei angegeben, dass eine Röhre der beschriebenen Art mit einem Abstand von 5'5 cm zwischen den Kathoden mit Frequenzen von 30 MHz bis über 100 MHz betrieben wurden. Die Spannungen der Gleichstromquelle, die zur Erzeugung der entsprechenden Elektronenflugzeiten erforderlich waren, schwanken zwischen 250 V für die tieferen und 800 V für die höheren Frequenzen.
Unter diesen Bedingungen konnten Schwingungen hervorgerufen werden, indem man die eine Kathode plötzlich belichtet oder indem man den Stromkreis der Spannungs quelle 11 plötzlich schloss oder sogar durch plötzliches Schliessen des Stromkreises der Sammelspule. Wenn die Anordnung eine Zeit lang in Betrieb ist, werden die Kathoden warm, und es wird auf diese Weise die Energie herabgesetzt, die einem auftreffenden Elektron entnommen werden muss, um Sekundäremission einzuleiten. In einem solchen Zustand wird ein Anstossen der Schwingungen unnötig und diese setzen von sich aus ein.
Obgleich die Grössenordnung der Schwingungsdauer des abgestimmten Kreises etwa dem zweifachen Wert der Laufzeit der Elektronen unter dem Einfluss des von der Gleichstromquelle erzeugten Feldes entsprechen soll, braucht dieser Wert nicht genau eingehalten zu werden. Für jeden Wert der Beschleunigungsspannung gibt es einen ziemlich weiten Abstimmungsbereich, in dem der Kreis schwingt. Innerhalb dieses Bereiches ist die Resonanzfrequenz des abgestimmten Kreises ein Hauptfaktor für die Bestimmung der Schwingungsfrequenz. Geringeren Einfluss haben die Besehleunigungsspannung und ihre Amplitude, da diese letzteren Faktoren die Geschwindigkeit der Elektronen und damit ihre mittlere Laufzeit beeinflussen.
Die Stärke des Fokussierfeldes beeinflusst infolge ihrer Wirkung auf die Amplitude und die Länge des Elektronenweges ebenfalls die Frequenz nur in geringem Masse.
Nachdem einmal das System zu schwingen begonnen hat, wächst die Amplitude der Schwingung ständig, bis die Zahl der von der Anode während jeder Halbperiode aufgefangenen Elektronen gleich dem Überschuss der Sekundärelektronen über die Primärelektronen ist. Wenn das Verhältnis der aufgefangenen Elektronen zur gesamten Elektronenwolke unabhängig von der Dichte derselben wäre, würde die Amplitude bis ins Ungemessene weiter wachsen, da in der erfindungsgemässen Röhre keine bestimmte Grenze für die Elektronenemission, wie bei gewöhnlichen Glühkathodenröhren vorhanden ist.
Beim Betrieb stellt sich jedoch heraus, dass bei grösserer Dichte der Wolke auch der Anteil der aufgefangenen Elektronen grösser wird, da die stärkere Raumladung bei hohen Dichten die Randelektronen mit grösserer Kraft zurückstösst und mehr Elektronen auf die Anode gelangen. Hiedurch wird der
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Amplitude der Schwingungen eine Grenze gesetzt. Es ist jedoch sehr einfach, Röhren zu bauen, bei denen diese Grenze so hoch liegt, dass die Röhre vor Erreichen der Grenze bereits zerstört wird. Es wird daher in manchen Fällen nötig sein, den Fokussierstrom zu verringern, sobald die Schwingungen eingesetzt haben, um eine Zerstörung der Röhre durch zu starke Erhitzung zu vermeiden.
Steigt die Spannung bis zu einem Punkt, an dem die Kurve der Sekundäremission ihren absteigenden Ast besitzt, so wird die Amplitude der Schwingungen selbsttätig begrenzt, da die Spannung ansteigt, bis das Verhältnis der Zahl der Sekundärelektronen zu der Zahl der Primärelektronen so weit sinkt, dass der Elektronenüberschuss gleich der Zahl der gesammelten Elektronen ist. Die an dem Schwingungkreis liegende Belastung hat ebenfalls einen Einfluss auf die Begrenzung der Amplitude, da die Belastung eine Herabsetzung des Spannungsabfalles in dem. Schwingungskreis durch einen Strom bestimmter Grösse hervorruft und das Verhältnis zwischen Primär- und'Sekundärelektronen beeinflusst.
Bei manchen Arten der Belastung ist es wünschenswert, die Röhre in dem absteigenden Bereich arbeiten zu lassen, da in diesem Falle bei einer Vergrösserung der Belastung durch Erniedrigung der Beschleunigungsspannung eine Vergrösserung der Zahl der emittierten Elektronen eintritt. Hiedurch wird der Spannungsabfall gesteigert, und ein neuer Gleichgewichtszustand, der der neuen Belastung entspricht, stellt sich ein.
Das Verhältnis zwischen der Abstimmung des Resonanzkreises und der Flugzeit der Elektronen, die von der Beschleunigungsspannung abhängig ist, begrenzt ebenfalls die Amplitude der Schwingungen.
Eine analytische Ermittlung des Einflusses, den eine Veränderung der Schwingungskomponenten der Beschleunigungsspannung auf die Laufzeit und damit auf die Abstimmung des Resonanzkreises bei maximaler Belastung hat, ist ausserordentlich schwierig und noch nicht endgültig geklärt. Im allen-einen ändert sich die Laufzeit mit der Phase der Emission, mit der Amplitude des Potentials der Schwingung und mit der geometrischen Form des elektrostatischen Feldes und desjenigen Teils des Feldes, in dem sich die Elektronen bewegen.
Für jede Schwingungsamplitude wird es nur eine oder höchstens zwei Emissionsphasen geben, für die die Laufzeit genau eine Halbperiode ist, und daraus folgt, dass gewöhnlich eine Phasenverschiebung zwischen der Bewegung einer Gruppe von auftreffenden Elektronen und der Bewegung der davon ausgelösten Sekundärelektronen besteht. Diese Phasenverschiebung kann durch eine Vergrösserung der Schwingungsamplitude entweder vergrössert oder vermindert werden.
Bei einer Vergrösserung wird eine Begrenzung der Amplitude erreicht, denn die Schwingung wird nachlassen, wenn das grösste Emissionsverhältnis bei einer Phase vorhanden ist, bei der die emittierten Elektronen die gegenüberliegende Kathode nicht mehr oder nur mit einer solchen Geschwindigkeit erreichen, die zur Auslösungweiterer Elektronennichtausreieht. Aus diesem Grundesoll die Halbperiode des abgestimmten
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leicht in Gang bringen und nach Ingangsetzung auf den besten Wert einstellen. Theoretisch können mit der Röhre nach Fig. 1 auch Schwingungen erzeugt werden, wenn die Laufzeit ein ungerades Vielfaches der Halbwellen ist ; die Ingangbringung solcher, Schwingungen ist jedoch schwierig, wenn die Zeit grösser ist als eine Halbperiode.
Eine andere Art der Amplitudenbegrenzung wird aus Fig : 2 ersichtlich. Die Anordnung dieser Figur stimmt mit der Fig. 1 überein, mit der Ausnahme, dass die Gleichstromkomponente der Spannungquelle 11 durch eine Spule 20, welche die Röhre umgibt, geleitet wird. Die Spule wird in der Regel so angeschlossen, dass das Hauptfeld verstärkt wird, wenn eine Abnahme des Fokussierstroms die Intensität der Schwingung steigert, so dass eine weniger günstige Bedingung für die Schwingungen entsteht und die Ausgangsleistung begrenzt wird.
Es ist keineswegs erforderlich, dass eine Spule zur Erzeugung des Konzentrationsfeldes vorgesehen ist. Fig. 3 zeigt die Anordnung einer Röhre im Innern einer magnetischen Anordnung, die eine ähnliche Wirkung hervorruft. In dieser Figur sind die Verbindungen nicht dargestellt, da sie entweder nach Fig. 1 oder Fig. 2 vorgenommen werden können. Die Röhre 21 ist zwischen Polschuhen 22 angeordnet, die das magnetische Feld der Dauermagnete 24 sammeln und ausrichten.
Zur Konzentration der Elektronenwolke können elektrostatische und auch elektromagnetische Verfahren verwendet werden. In den Röhren nach Fig. 1, 2 und 3 sind die elektrostatischen Felder stark gekrümmt und die elektromagnetischen Fokussierfelder werden benötigt, um die Elektronen zwischen den Kathoden zu führen. In der Röhre nach Fig. 4 sind die Kraftlinien des elektrostatischen Feldes im Bereich der Elektronenbewegung im wesentli chen geradlinig, und die Röhre kann daher ohne Anbringung eines elektromagnetischen Sammelfeldes betrieben werden. Die Röhre enthält eine Hülle 25, in der die zweckmässig leicht konkaven, einander gegenüberliegenden Kathoden 26 in ähnlicher Weise wie bei den bisher beschriebenen Röhren angebracht sind.
In der Mitte zwischen den Kathoden befindet sich ein leitendes Band 27, das sich an die Wandung der Hülle anlegt und mit einem Leiter 29, der durch die Röhrenwandung hindurchgeht, verbunden ist. In der Mitte des Bandes ist eine ringförmige Blende 30 angebracht, in deren Öffnung ein Netz oder Gitter 31 ausgespannt ist. Dieses Netz besteht zweckmässig aus feinstem Draht und besitzt weite Maschen, so dass die Gesamtfläche, die sich den Elektronen in den Weg stellt, ausserordentlich klein im Verhältnis zu der Gesamtöffnung der Blende ist.
Bei einer solchen Anordnung sind die Kraftlinien zwischen den Rändern der Kathode und der Anode leicht gekrümmt. Die Kraftlinien in der Mitte der Röhren sind jedoch nahezu geradlinig. Die
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Möglichkeit, dass ein vom mittleren Teil einer Kathode ausgehendes Elektron von der Anode aufgefangen wird, ist sehr gering, da die Bahnen nahezu geradlinig verlaufen. Die Inbetriebnahme dieser Röhre ist etwas schwieriger als die der Röhren mit magnetischem Führungsfeld. Die Röhre ist jedoch betriebs- fähig und hat den Vorteil, dass keine äusseren Fokussiereinrichtungen notwendig sind.'
Während die Röhre der Fig. 4 in derselben Schaltung wie die vorher beschriebenen Röhren ver- wendet werden kann, ist ihre Benutzung auch in einer andern Schaltung, z.
B. nach Fig. 5 infolge der
Eigenschaft der Anode als elektrostatischer Schirm möglich. Nach Fig. 5 sind die beiden Kathoden miteinander verbunden, und der die Induktivität 35 und den Kondensator 36 enthaltende Schwingung- kreis liegt zwischen der Verbindungsstelle der beiden Kathoden und der Anode unter Zwischenschaltung einer Spannungsquelle 37. Die negative Seite der Spannungsquelle ist geerdet, ebenso wie eine Seite des Resonanzkreises. Der Resonanzkreis ist auf eine Frequenz abgestimmt, deren volle Schwingung- zeit ungefähr gleich der Flugzeit der Elektronen zwischen den Kathoden ist.
Ein von einer der Kathoden ausgehendes Elektron wird von der Anode angezogen und braucht etwa die Zeit einer halben Schwingung, um sie zu erreichen. Liegt die Phase des in dem Schwingungkreis durch den von der Kathode ausgehenden Elektronenstrom erzeugten Potentials richtig, so kehrt sich das Vorzeichen der Spannung um, wenn die Elektronen durch das Gitter 31 treten, so dass das Potential die Elektronen auf ihrem weiteren Weg in der Röhre noch weiter beschleunigt und ein Aufprallen derselben auf der Kathode und eine Sekundäremission erzeugt. Bei Benutzung dieses Stromkreises werden im allgemeinen zwei Elektronenwolken in entgegengesetzten Richtungen durch die Röhre oszillieren und etwa in der Gegend der Anode einander durchsetzen.
Die Anordnung schwingt weniger leicht als die vorher beschriebene, da nur einmal während jeder Periode Energie aus der Gleichstromquelle entnommen wird anstatt der zweimaligen Entnahme in den vorher erwähnten Fällen. Die Anordnung hat jedoch das besondere Merkmal, dass die Kapazität zwischen den Kathoden und der Anode bei derselben Betriebsfrequenz geringer ist, so dass besonders bei hohen Frequenzen Vorteile vorhanden sind.
Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform, in der nur eine einzige sekundär emittierende Kathode vorhanden ist. Die Kathode 40 befindet sich an einem Ende der evakuierten Hülle 41. In der Nähe des andern Endes ist eine Anode 42 derselben Art, wie sie in Fig. 4 beschrieben wurde, vorgesehen, und unmittelbar hinter dieser Anode befindet sich eine Hilfskathode 44, welche keine photoelektrische Ober- fläche zu haben braucht. Eine Sammelspule 45 wird von einer Batterie 46 über einen Widerstand 47 gespeist ; es können auch andere Mittel elektromagnetischer oder elektrostatischer Art zur Führung der Elektronen benutzt werden. Ein Schwingungskreis 49 liegt in Reihe mit der Kathode 40 und der Anode 42 über eine Beschleunigungsspannungsquelle 50.
Eine Verbindung 51 ist zwischen der negativen Seite der Spannungsquelle 50, einer Vorspannungsquelle 52 und der Hilfskathode 44 vorgesehen. Die Vorspannungsquelle 52 hat eine solche Spannung, dass die Hilfskathode 44 gegenüber der Kathode 40 stets negativ ist.
Diese Vorrichtung arbeitet im wesentlichen genau so wie die eine Hälfte der Röhre nach Fig. 5.
An der Kathode 40 ausgelöste Elektronen erreichen die Anode in etwa einer halben Periode. Nach dem Durchgang durch die Anode werden sie sofort durch das Feld zwischen der Anode und der Hilfskathode in ihrer Richtung umgedreht und-kehren durch die Anode mit derselben Geschwindigkeit, mit der sie sie erreicht haben, zurück. In diesem Augenblick jedoch ist die Spannung zwischen der Anode und Kathode umgekehrt worden, so dass die Elektronen nach etwa einer vollen Periode nach ihrer Auflösung an der Kathode 40 wieder auf die Kathode auftreffen, u. zw. mit einer Geschwindigkeit, die dem Integralwert der Spannungen entspricht, die die Elektronen während ihres Fluges durchlaufen haben. Die Auslösung zusätzlicher Sekundärelektronen und die Wiederholung des Vorganges entspricht den bisher beschriebenen Beispielen.
Der Stromkreis der Fig. 6 hat dieselben Nachteile im Vergleich zu den der Fig. 1 und 2, wie der der Fig. 5 mit dem zusätzlichen Nachteil, dass eine bestimmte Zahl von Elektronen jedesmal beim Passieren der Anode 42 aufgefangen wird. Nachdem die Schwingung einmal in Gang gekommen ist, ist dieser Nachteil nicht sehr wesentlich, er erschwert jedoch das Ingangbringen der Schwingungen. Anderseits ist die Anoden-Kathodenkapazität, die an dem Sehwingungskreis liegt, nur halb so gross wie die der Röhre nach Fig. 5. Die Anwendung einer solchen Anordnung kann daher unter bestimmten Voraussetzungen berechtigt sein, selbst wenn ein Hilfssehwingungserzeuger notwendig wird, um die Schwingungen in Gang zu bringen, der später entfernt wird.
Die Wirkungsweise des beschriebenen Schwingungserzeugers hängt von einer ganzen Anzahl von Faktoren ab, so dass infolge der gegenseitigen Beeinflussung dieser Faktoren eine Änderung eines einzigen Faktors in manchen Fällen gerade die entgegengesetzte Wirkung hat, als man zunächst erwarten könnte. So wird z. B. gewöhnlich durch eine Belastung des Schwingungserzeugers sowohl die Phase als auch die Grösse des Potentials in dem Schwingungskreis geändert, und die Intensität der Schwingung wächst selbst, wenn die Röhre in dem ansteigenden Ast der Kurve der Sekundäremission arbeitet. Ähnliche besondere Vorgänge treten auf, wenn eine Steigerung des Fokussierfeldes die Schwingungsenergie steigert, anstatt sie wie gewöhnlich zu verringern.
Ein abweichendes Verhalten dieser oder ähnlicher
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Art ist wahrscheinlicher, je weiter die Grenzbedingungen für die Selbsterregung angenähert werden, denn unter diesen Bedingungen kann ein geringer oder sekundärer Einfluss in Zusammenwirkung mit dem begrenzenden Faktor die gewöhnlich beherrschenden Einflüsse übertreffen.
Eine etwas ähnliche Situation ergibt sich mit Bezug auf das günstige Vakuum in der Röhre. Alle anfänglichen Versuche mit der Vorrichtung wurden mit möglichst hohem Vakuum durchgeführt, d. h. einem Vakuum, das wesentlich höher lag als das der gewöhnlichen Dreipolröhren, Gasentladungsröl1ren oder Röntgenröhren. Ionisierungserscheinungen im Innern der Röhre durch Kollision sind unerwünscht.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass kleine Beträge von an den Elektroden adsorbiertem Gas vorteilhaft sind, wenn eine hohe sekundäre Emission erwünscht ist, und es ist daher wahrscheinlich, dass ein Betrieb der Vorrichtung durch die Anwesenheit von kleinen Mengen trägen Gases, wie Helium, Neon oder andern Gasen derselben Gruppe, erleichtert wird, solange der mittlere freie Weg der Elektronen in der Röhre länger ist als der Abstand der Elektroden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Erzeugung von Schwingungen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl freier Elektronen mit solcher Geschwindigkeit gegen eine Elektrodenoberfläche geleitet wird, dass beim Auftreffen eine Anzahl von Sekundärelektronen erzeugt wird, die grösser ist als die Zahl der Primärelektronen, und dass ein von der Sekundäremission hervorgerufener Strom die Spannung an den Elektroden so beeinflusst, dass die Sekundärelektronen auf eine andere Elektrode zu beschleunigt werden, an der neue Sekundärelektronen ausgelöst werden, worauf sich dieser Vorgang wiederholt.