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Elektrische Entladungsvorrichtung.
Die Erfindung betrifft elektrische Entladungsvorrichtungen und insbesondere solche, bei denen
Verstärkung eines primären Elektronenstromes, wie er z. B. von einer thermischen Kathode oder von einer dem Lichte ausgesetzten photoelektrischen Oberfläche ausgesendet wird, unter Ausnutzung des
Phänomens der Sekundäremission erzielt wird.
Wenn eine Elektrode einem Elektronenbombardement ausgesetzt wird, sendet sie sekundäre Elektronen aus. Das Verhältnis der Zahl der Sekundärelektronen zur Zahl der Primärelektronen ist zum Teile abhängig von der Natur der Oberfläche und von der Potentialdifferenz zwischen der Oberfläche und der Elektronenquelle. Dieses Verhältnis kann erheblich grösser als Eins gemacht werden.
So kann z. B. ein Verhältnis von drei oder mehr Sekundärelektronen für ein auftreffendes Elektron leicht mit Hilfe von metallischen Oberflächen, die auf bekannte Weise behandelt worden sind und Entladungen mit Spannungen von 300 bis 400 Volt ausgesetzt werden, erreicht werden. Da die ausgesendeten Elektronen die auftreffenden an Zahl übertreffen, werden die sie aussendenden Elektroden im folgenden gelegentlich als "Vervielfältigungs"-Elektroden bezeichnet werden.
Wenn der Sekundärelektronenstrom seinerseits wieder mit genügender Geschwindigkeit auf eine weitere Elektrode mit geeignet behandelter Oberfläche zum Auftreffen gebracht wird, kann das Verhältnis der Sekundäremission der zweiten Vervielfältigungselektrode ebenfalls grösser als Eins sein.
Man kann daher z. B. mit"n"Vervielfältigungselektroden hintereinander eine Verstärkung des ursprünglichen oder Primärelektronenstromes erzielen, die der Verstärkung durch eine Elektrode zur n-ten Potenz erhoben gleich ist. So ist in einer einzigen Vorrichtung eine millionenfache Verstärkung erreicht worden.
Die bisher bekannten Vorrichtungen, bei denen Sekundäremission zur Verstärkung angewendet wurde, haben sich als unzuverlässig und unzulänglich erwiesen, hauptsächlich wegen der unvoll- ständigen und unsicheren Steuerung und Auswertung des Sekundärelektronenstromes. Wenn z. B. nur elektrostatische Felder allein angewendet werden, um die von den primären und sekundären Elektronen beschriebenen Bahnen zu bestimmen, so ergab sich, dass es im allgemeinen sehr schwer ist, die Elektronenbahnen so zu lenken oder steuern, dass alle Elektronen von irgendeiner Quelle auf die gewünschte Ziel-oder Auftreffstelle zu fallen gezwungen werden.
Das heisst, dass bei dem Versuch, die Elektronen von einer Quelle aus in der Richtung zur nächstfolgenden Vervielfältigungselektrode in einer solchen Röhre zu beschleunigen, ein Teil der Elektronen diese Elektrode verfehlt und auf eine Vervielfältigungselektrode auftrifft, die über jene Elektrode, die hätte getroffen werden sollen, hinaus liegt. Als Folge davon wird die Verstärkung eine geringere.
Ein weiterer Nachteil der erwähnten elektrostatischen Vervielfältiger ist darin gelegen, dass das Feld in der Nachbarschaft der Vervielfältigungselektroden, das zum Wegführen der Sekundärelektronen dient, notwendigerweise von geringer Stärke ist. Infolge dieser geringen Feldstärke wird es unmöglich, starke Ströme aus diesen Elektronen zu ziehen. Ein Versuch, diesen Mangel durch Erhöhen des Potentials der folgenden Elektrode zu beheben mit der Absicht, das Feld in der Nachbarschaft der vorhergehenden Vervielfältigungselektrode zu erhöhen, ergibt im allgemeinen eine geringere Verstärkung infolge des Umstandes, dass einige Primärelektronen, die sonst auf die Vervielfältigungselektrode auftreffen würden, über diese hinaus zu einer der folgenden Elektroden gezogen werden.
Als Folge dieser Raumladungsbegrenzung des Stromes ist es unmöglich, Proportionalität zwischen dem
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Eingangsstrom oder dem Strom an der Quelle und dem Ausgangsstrom zu erhalten, ausser bei ausserordentlich schwachen Strömen.
Bei der Vorrichtung gemäss der Erfindung sind die Beschleunigungs-und die Vervielfältigungs- elektroden vollständig getrennt, und es ist daher möglich, den Wert des beschleunigenden Feldes unah- hängig vom Potential, mit welchem die Elektronen eine Vervielfältigungselektrode treffen, zu wählen.
Die Stärke des Stromes, der aus irgendeiner Vervielfältigungselektrode entnommen werden kann, ist nur durch das unmittelbar über der Elektrode herrschende Potential bestimmt, und ein Anwachsen
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erhalten wird.
Demgemäss ist Gegenstand der Erfindung eine durch Sekundärelektronenemission wirkende elektrische Entladungsvorrichtung, bei der grösstmögliche Verstärkung in einer Stufe erzielt wird und
Proportionalität zwischen Eingangs-und Ausgangsleistung besteht.
Weiters ist Gegenstand der Erfindung ein Verstärker oder Elektronenvervielfältiger durch
Sekundäremission, bei dem der sekundäre Elektronenstrom jedes Aussenders konzentriert und genau auf das gewünschte Ziel gerichtet wird und störende Beeinflussung zwischen den verschiedenen sekun- dären Elektronenströmen auf das geringste Mass gebracht ist.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verstärker oder Elektronenvervielfältiger dieser Bauart, bei dem praktisch kein Verlust an Sekundärelektronen auftritt und die besten Verstärkungsbedingungen oder andere gewünschte Resultate leicht durch äussere Potentialregelungen erreicht werden können, dessen Betrieb ferner wirtschaftlich und verlässlich ist und bei dem die erreichbare Verstärkung sehr gross ist im Vergleich zu der, die mit einem Thermionenverstärker üblicher Bauart erreicht werden kann.
Die Vorrichtung gemäss der Erfindung soll auch im wesentlichen für jeden Zweck verwendet werden können, für den elektrische Entladungröhren bekannter Bauarten verwendet werden, wie z. B. als Verstärker, Demodulator, Oszillator, kombinierter Oszillator und Modulator usw.
Gegenstand der Erfindung ist es auch, eine kombinierte Photo-und Verstärkerröhre zu schaffen, die höchsten Frequenzen, wie sie bei Fernseheinrichtungen in Betracht kommen, entsprechen können.
Insbesondere sollen auch diese Vorrichtungen gemäss der Erfindung gut für die Massenherstellung geeignet sein.
Gemäss der Erfindung werden Primärelektronen von einer photoelektrischen oder einer Thermokathode mittels eines magnetischen Feldes veranlasst, auf eine einer Sekundäremission fähige Elektroden- fläche mit einer Geschwindigkeit aufzutreffen, die genügend hoch ist, um eine Sekundäremission 7U erzeugen, deren Verhältnis zum primären Elektronenstrom grösser als Eins ist. Im wesentlichen der ganze so erzeugte Sekundärelektronenstrom wird auf eine weitere ähnliche Oberfläche mit einem noch höheren positiven Potential gerichtet, an welcher weitere Sekundärelektronen erzeugt werden. Dieser Vorgang wird mehrere Male in demselben Gefässe wiederholt, und schliesslich wird der gewaltig verstärkte Strom der Sekundärelektronen durch eine Ausgangselektrode gesammelt.
Ferner wird gemäss der Erfindung ein einziges magnetisches Feld zur Konzentration und Richtung aller Elektronenströme auf die eigentlichen Zielelektroden verwendet, wodurch der grösste Teil jedes Sekundärelektronenstromes nutzbar gemacht wird und die primären Elektronen daran gehindert werden, an dem Ziel vorbei direkt auf die Ausgangselektrode aufzutreffen.
Im besonderen besteht die elektrische Entladungsvorrichtung gemäss der Erfindung aus einem
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ein Schnitt durch die Kathode und das Steuerelement der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung ; Fig. 4 ist eine Endansicht der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung von rechts gesehen, welche die bevorzugten
Mittel zur Bildung des Magnetfeldes parallel zu den Elektrodenoberflächen darstellt ; Fig. 5 ist eine schematische Darstellung, welche beispielsweise die Art veranschaulicht, in der die in Fig. 1 dargestellte
Vorrichtung betrieben wird ; Fig. 6 ist eine schematische Darstellung, die das in Fig. 2 gezeigte Gerät im Betriebe veranschaulicht ; Fig. 7 ist eine schematische Ansicht einer andern Ausführungsform gemäss der Erfindung ;
Fig. 8 ist eine Endansicht der in Fig. 7 gezeigten Vorrichtung und die Fig. 9 und 10 sind Diagramme, die beispielsmässig gewisse charakteristische Eigenschaften der erfindungsgemässen
Vorrichtung veranschaulichen.
In allen Figuren sind gleichwertige Elemente in gleicher Weise bezeichnet.
Die in den Fig. 1 und 5 dargestellte Ausführungsform gemäss der Erfindung besteht aus einem evakuieren Gefäss 1 aus Glas oder "Pyrex", in welchem eine Mehrzahl von photoelektrischen unteren
Elektroden 3 in einer Ebene in Abständen voneinander längs der Längsachse des Gefässes angeordnet sind, während eine Mehrzahl oberer oder beschleunigender Elektroden 5 in einer Ebene angeordnet ist, die in einem gewissen Abstand parallel zur Ebene liegt, in der die zuerst erwähnten Elektroden liegen.
Die unteren Elektroden bestehen zweckmässig aus Silber und die oberen Elektroden aus Molybdän,
Tantal, Nickel oder irgendeinem andern Metall, welches leicht entgast werden kann und nicht leicht oxydiert.
Die oberen und unteren Elektroden sind in senkrechter Richtung zu Paaren gruppiert. Alle
Elektroden haben im wesentlichen die gleichen Abmessungen und sind längs der Längsachse des Gefässes im wesentlichen in gleichen Abständen voneinander angeordnet. Eine solche Ausbildung ist vorteilhaft, da sie eine genaue Regelung der Elektronenbahnen mittels eines einzigen Magnetfeldes zu erreichen ermöglicht.
Es ist natürlich möglich, jede Elektrode einzeln in das Gefäss einzusetzen ; aber die Arbeit, die nötig ist, um hiebei die parallele und geradlinige Anordnung zu sichern, ist ausserordentlich gross. Daher ist es zweckmässig, zuerst die obere und untere Reihe der Elektroden als Teilanordnungen herzustellen und dann jede derselben als eine Einheit in das Gefäss einzuführen. Diese Teilanordnungen sind physikalisch identisch, was ihren Aufbau betrifft, und es ist daher eine Beschreibung der oberen Elektrodenreihe auch auf die untere anwendbar.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, besteht der obere Elektrodensatz aus einer sich längs des Gefässes erstreckenden Glimmerplatte 7, die die oberen Elektroden 5 trägt und sie genau in Abständen voneinander hält. Jede Elektrode ist mit zwei Streifen oder Bändern 9 versehen, welche in entsprechenden Öffnungen 11 in der Glimmerplatte liegen und reiterartig auf einem dünnen Querstab oder Draht 13 sitzen, der an der oberen Fläche der Platte angeordnet ist. Während des Anschweissen der Bänder an eine Elektrode wird die Stange 13 kräftig gegen die Glimmerplatte gehalten, so dass die Elektrode gut in ihrer Lage festgehalten ist. Jede Querstange hat eine Leitung 15 angeschweisst, die durch die
Gefässwand hindurch nach aussen führt.
Jede untere Querstange (nicht gezeichnet) ist ebenso mit - einer Durchführungsleitung 17 versehen.
Eine Ausgangselektrode 19 ist an dem einen Ende der Röhre, zweckmässig ganz knapp an den Elektrodensätzen und in einer Ebene senkrecht zur Röhrenachse, befestigt. Die Ausgangselektrode ist mit einer Endverbindung 21 versehen, welche sich durch die Gefässwand hindurch nach aussen erstreckt.
Bei der Herstellung der Vorrichtung werden die einzelnen Sätze der Elektrodenteilanordnungen und die Ausgangselektrode zuerst entsprechend in das Gefäss eingebaut, worauf dieses erhitzt und evakuiert wird. Nach dem Evakuieren wird Sauerstoff unter einem Druck von ungefähr 1 mm Quecksilbersäule in das Gefäss eingeführt. Eine der oberen Beschleunigungselektroden wird dann auf ein Potential gebracht, das im wesentlichen 500 Volt positiv gegenüber der ihr entsprechenden unteren Elektrode ist, um eine Glimmentladung zu erzielen, welche die Oberflächen der unteren Elektrode oxydiert. Die Oxydation wird so weit getrieben, bis die untere Fläche eine bläulich-grüne Färbung annimmt. Jedes Elektrodenpaar wird in derselben Weise behandelt, und das Verfahren wird so lange fortgesetzt, bis alle unteren Elektroden eine Oxydoberfläche angenommen haben.
Nachdem die unteren Elektroden oxydiert sind, wird der noch zurückgebliebene Sauerstoff aus dem Gefäss gepumpt und ein Alkalimetall eingelassen. Zu diesem Zwecke kann Natrium, Caesium, Rubidium oder Kalium verwendet werden, vorzugsweise aber Caesium. Das Gefäss wird sodann für ungefähr 10 Minuten bei einer Temperatur von ungefähr 210 C erhitzt, wodurch sich das Alkalimetall mit dem Silberoxyd verbindet und so eine hochwirksame photoelektrische Oberfläche bildet. Während des Erhitzungsvorgangs wird das überschüssige Caesium ausgepumpt.
Während des eben erwähnten Erhitzungsprozesses wird alles Caesium oder alles andere Alkalimetall, das sich an den oberen Elektroden oder an den Gefässwänden abgelagert hat, ausgetrieben, und das Caesium, das etwa durch das Pumpen nicht entfernt worden ist, kann gegebenenfalls von einer kleinen Menge Bleioxyd aufgenommen werden, welches (obwohl in der Zeichnung nicht ersichtlich) gleichzeitig mit den Elektrodensätzen in das Gefäss eingebracht werden kann. Das Bleioxyd bildet mit dem überschüssigen Caesium eine relativ stabile Verbindung und verhindert ein Wiederablagern
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des Caesiums an den Innenwandungen des Gefässes, wo es Leckwege zwischen den Elektroden verursachen würde.
Irgendein geeignetes Mittel kann zur Bildung eines Magnetfeldes parallel zu den Elektrodenflächen angewendet werden, so wie es z. B. in Fig. 1 und in Fig. 4 dargestellt ist. Zweckmässig wird die magnetische Einrichtung durch einen U-förmigen Teil 2. 3 aus magnetisch permeablem Material gebildet, auf dessen Mittelteil eine Erregerspule 25 angeordnet ist und an dessen aufragende Seitenteile je eine Platte 27 befestigt ist, ebenfalls aus permeablem Material.
Die Röhre ist zwischen diesen Platten in einer solchen Lage angeordnet, dass ein im wesentlichen gleichmässiges magnetisches Feld parallel zu den einander gegenüberliegenden Flächen der Elektrodensätze erzeugt wird. Selbstverständlich kann auch ein permanenter Magnet an Stelle des gezeichneten Elektromagnets verwendet werden, oder die Röhre kann innerhalb einer von einem elektrischen Strom durchflossenen Drahtspule angeordnet werden.
Wie früher erwähnt, ist es notwendig, jede der unteren Vervielfältigungselektroden gegenüber der Primärelektronenquelle und gegenüber jeder Elektrode zwischen ihr und dieser Quelle positiv zu erhalten. Zu diesem Zweck kann nach Fig. 5 die erste untere, von der Ausgangselektrode 19 am weitesten entfernte Elektrode 3 links mit der negativen Klemme einer Gleichstrompotentialquelle verbunden werden, wie dies z. B. in der Zeichnung durch einen Widerstand 29 dargestellt ist, und die Ausgangselektrode kann mit der positiven. Anschlussklemme der Quelle über einen Verbraucher, wie z. B. den Widerstand. 31,. verbunden werden.
Ausgehend von der Elektrode, die mit der negativen Anschlussklemme verbunden ist, kann die nächste benachbarte Elektrode 3 oder die erste Vervielfältigungselektrode mit einem etwas stärker positiven Punkt 33 des Widerstands verbunden werden, und jede der übrigen Vervielfältigungselektroden-3 kann an fortschreitend höher positive Punkte 35, 37 usw. des Widerstands angeschlossen werden.
Die erste obere beschleunigende Elektrode 5, die mit der ersten unteren photoelektrischen ein Paar bildet, kann an einen Punkt 39 des Widerstands, der höher positiv ist als der Punkt 37, der mit der letzten Vervielfältigungselektrode verbunden ist, angeschlossen werden und die folgenden Beschleunigungselektroden können entsprechend mit den noch stärker positiven Punkten 41, 43 und 45 des Widerstandes verbunden werden, wie dies in der Zeichnung deutlich dargestellt ist.
Aus der vorhergehenden Beschreibung der Fig. 5 darf natürlich nicht gefolgert werden, dass die
Anordnung irgendwie an die angegebene Potentialverteilung gebunden sei. Im allgemeinen kann gesagt werden, dass es am besten ist, jede obere Elektrode positiv in bezug auf die unmittelbar unter ihr befindliche untere Elektrode zu halten. Jedoch muss beachtet werden, dass die Röhre auch wirkt, wenn das Potential der oberen Elektrode nicht genügend hoch ist, um der dargelegten Bedingung zu genügen ; und tatsächlich kann sie auch betrieben werden, wenn die obere Elektrode das gleiche Potential wie die unmittelbar unter ihr befindliche Elektrode hat. Allerdings ist die Verstärkung in einer Vielstufenröhre unter den letztgenannten Bedingungen nicht die höchsterreichbare.
Wenn ein wechselnder Lichtstrahl, wie er z. B. beim Durchgang des Lichtes durch eine bewegte photographische Schallaufzeichnung oder beim Abtasten eines Kinofilms erhalten wird, auf die erste untere Elektrode 3 auffällt, werden im entsprechenden Verhältnis Photoelektronen von dieser Oberfläche ausgesendet werden. Diese Photoelektronen werden in der Richtung auf die unmittelbar über . der ersten unteren Elektrode liegende obere Elektrode 5 zu infolge des elektrostatischen Feldes beschleu- nit werden und würden, wenn kein Magnetfeld vorhanden wäre, auf diese auftreffen. Das zu den Elektrodenebenen parallele Magnetfeld jedoch (in den Fig. 5,6 und 7 nicht dargestellt) unterwirft die sich auf die Besehleunigungselektrode zu bewegenden Elektronen. einer Kraftkomponente im rechten Winkel zu deren momentaner Bewegungsrichtung.
Die Richtung der Komponente hängt von der Polarität des Feldes ab. Wenn das elektrische und das magnetische Feld entsprechend eingestellt sind, werden die Elektronen trochoidale Bahnen beschreiben und auf die erste Vervielfältigungselektrode auftreffen, das ist die zweite Elektrode vom linken Ende des Gefässes nach der Zeichnung. Wenn die Anfangsgeschwindigkeit der Photoelektronen Null ist, werden sie sich in zykloidalen Bahnen bewegen. Praktisch werden natürlich die Photoelektronen nicht mit einer Geschwindigkeit Null ausgesendet, sondern mit einer Geschwindigkeit, deren Grösse dem Maxwellschen Verteilungsgesetz entspricht, wobei die Höchstgeschwindigkeit bestimmt wird durch die Farbe und die Natur des Lichtes und die Austrittsarbeit an der aussendenden Oberfläche.
Die Photoelektronen werden nach allen Richtungen ausgesendet. Nichtdestoweniger werden als Folge des vorhandenen Magnetfeldes die von einem einzigen Punkt aus ausgesendeten Elektronen, wenn sie auch verschiedene Geschwindigkeiten besitzen, die erheblich von Null verschieden sind, im wesentlichen zu einem einzigen entsprechenden Punkt auf der nächstfolgenden Elektrode vereinigt.
Wenn die folgende Elektrode auf einem in bezug. auf die aussendende Elektrode positiven Potential gehalten wird, werden die Photoelektronen, die auf sie auftreffen, eine Aussendung von Sekundärelektronen verursachen, deren Zahl zum Teil von der Grösse der Potentialdifferenz abhängig ist.
Die Sekundärelektronen werden, wie in der Zeichnung dargestellt, ihrerseits wieder zur zweiten oberen Elektrode hin beschleunigt, aber infolge des Magnetfeldes abgelenkt und gelangen gesammelt auf die dritte untere Elektrode, Hier wird wieder als Folge der Sekundäremission eine Vervielfältigung erhalten,
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und dieser Vorgang wiederholt sich bei jeder Stufe, bis der verstärkte Sekundärelektronenstrom an der Ausgangselektrode gesammelt einem Nutzstromkreis zugeführt wird, wie er in der Zeichnung durch den Widerstand 31 beispielsweise dargestellt ist, der zwischen der Ausgangselektrode und der positiven Anschlussklemme der Potentialquelle eingeschaltet ist.
Um die Zeichnung zu vereinfachen, sind nur drei Vervielfältigungsstufen in Fig. 1 dargestellt.
Es versteht sich jedoch, dass beliebig viele Stufen in der Vorrichtung eingebaut sein können.
Wie bereits angeführt worden ist, kann anstatt einer photoelektrischen eine thermische Primär- elektronenquelle verwendet werden, um die Vorrichtung gemäss der Erfindung für solche Gebrauchs- zwecke geeignet zu machen, für die die bekannten elektrischen Entladungsröhren verwendet werden.
In den Fig. 2, 3 und 6 ist beispielsweise eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der eine steuerbare Elektronenquelle an die Stelle der in Fig. 1 gezeigten ersten unteren photoelektrischen Elektrode gesetzt ist. Im besonderen ist es vorzuziehen, das Gefäss mit einem abwärts gerichteten halsförmigen Fortsatz 47 zu versehen, in welchen ein Quetschfuss der gewöhnlichen Art eingeschmolzen ist, der eine virtuelle Elektronenquelle in der Ebene der Vervielfältigungselektroden trägt. Die Elektronenquelle kann aus einer Metallkappe 49 bestehen, deren oberes Ende einen Belag von elektronen- aussendenden Oxyden 50 besitzt. Die Kappe ist vollständig umgeben und abgeschirmt durch ein zylindrisches Metallgitter 51, welches in einer durchlochten Kappe z endet.
Die obere Fläche der
Kappe liegt in der Ebene der Vervielfältigungselektroden,. und die Durchloehung ist zweckmässig koaxial mit dem emittierenden Teil der Kathode angeordnet und ist mit einem feinen Gitter 55 bedeckt, mit welchem sie elektrisch leitend verbunden ist. Dieses Gitter dient, mit geeigneten Spannungen (Gleich-oder Wechselspannungen) versehen, dazu, die Aussendung der Thermokathode in derselben Weise zu steuern wie die Aussendung der ersten photoelektrischen unteren Elektrode in der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung, die durch die Änderungen des auf sie fallenden Lichtes gesteuert wird.
Aus der Fig. 6 ergibt sich, dass die Potentialverteilung auf die verschiedenen Elektroden und die Kathode der in Fig. 2 gezeigten Röhre dieselbe sein kann wie die in Fig. 5 veranschaulichte. Selbstverständlich kann jeder beliebige Eingangskreis zwischen dem Gitter und der Kathode der Röhre angeschlossen werden, wie dies in der Zeichnung z. B. durch einen Eingangswiderstand 57, eine Gittervorspannungsquelle 59 und einen Spannungsteiler 61 dargestellt ist.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in den Fig. 7 und 8 gezeigt. Diese Vorrichtung entspricht in ihrer Wirkung der in Fig. 1 dargestellten, von der sie sich jedoch dadurch unterscheidet, dass der obere Satz von Beschleunigungselektroden durch einen einzigen Film 63 aus Widerstandsmaterial ersetzt ist und dass der untere Satz der photoelektrischen Elektroden durch einen ähnlichen Film 65 aus Widerstandsmaterial, der photoelektrisch gemacht worden ist, ersetzt ist. Diese Widerstandsfilme können durch Aufspritzen eines Metallfilms auf einen Streifen aus nichtleitendem Material, wie z. B. Glimmer, oder auf irgendeine andere beliebige Art gebildet werden.
Mittels einer äusseren Stromquelle 67 werden die beiden Enden des unteren Films 65 auf verschiedenem Potential gehalten. Auf dieselbe Weise wird eine Potentialdifferenz zwischen den zwei Enden des oberen Films 63 durch eine geeignete mit ihnen verbundene Stromquelle 69 aufrecht erhalten.
Die negative Anschlussklemme jeder Stromquelle ist mit dem linken Ende des entsprechenden Films, wie aus der Zeichnung ersichtlich, verbunden, so dass diesen linken Enden auf niedrigerem Potential als die rechten Enden gehalten sind. Mittels einer weiteren äusseren Stromquelle 71 wird das linke Ende der oberen Filmelektrode auf einem höheren Potential als das linke Ende der unteren Elektrode gehalten. Dies gewährleistet automatisch, dass jeder Punkt der oberen Elektrode ein etwas höheres Potential als der unmittelbar unter ihm befindliche Punkt der unteren Elektrode erhält.
Infolgedessen werden beim Auftreffen von Licht auf die untere Elektrode an einem ihrem linken Ende zunächstliegenden Punkte die von hier ausgesendeten Photoelektronen gegen die obere Elektrode hin beschleunigt, aber infolge des (nicht gezeichneten) Magnetfeldes parallel zur Ebene der Elektroden, werden die Photoelektronen gezwungen, sich in einer gekrümmten Bahn zu bewegen und auf die untere Elektrode in einem Punkte mit höherem Potential, als es der Ursprungspunkt hat, aufzutreffen. In diesem Falle werden Sekundärelektronen von der unteren Elektrode ausgesendet, welche ihrerseits ähnliche Bahnen durchlaufen und, indem sie wieder zur unteren Elektrode zurückkehren, eine noch grössere Anzahl von Sekundärelektronen ergeben.
Dieser Vorgang wird unbeschränkt so lange wiederholt, bis der schliesslich oder Ausgangsstrom von der Ausgangselektrode 19 gesammelt wird, die mittels einer geeigneten Stromquelle 73 auf einem positiven Potential gegenüber der oberen Elektrode erhalten wird.
Der endgültige Ausgangsstrom einer elektrischen Entladungsvorrichtung gemäss der Erfindung ist, ausserdem dass er proportional der Zahl der von der Primärquelle ausgesendeten Elektronen ist, auch abhängig von dem Potential jeder der Vervielfältigungselektroden gegenüber der unmittelbar benachbarten Elektrode, welche normal auf einem niedrigeren Potential gehalten wird. Z.
B. ist aus Fig. 9, in welcher Punkte längs der Y-Achse den erzielten Ausgangsstrom I in Milliampere und Punkte längs der Z-Achse das Potential V der ersten Vervielfältigungselektrode gegenüber der Elektronenquelle darstellen, zu ersehen, dass bei Ansteigen des Potentials der ersten Vervielfältigungselektrode von Null der Ausgangsstrom proportional wächst, bis ein gewisses kritisches Potential erreicht wird,
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Stromkreis tatsächlich einen negativen Widerstand hat und der Strom zu ihr abnimmt, wenn das
Potential von Null bis zum kritischen Wert verändert wird, was natürlich damit gleichbedeutend ist, dass deren Sekundäremission über diesen selben Bereich zunimmt.
Diese Erscheinung tritt auch auf, wenn das Potential an irgendeiner andern der Vervielfältigungselektroden geändert wird oder wenn an mehrere der Elektroden ein veränderliches Potential angelegt wird. Die Vorrichtung gemäss der Erfindung hat daher negativen Widerstand über dem Bereich zwischen Nullpotential und dem kritischen Potential, wobei die Vervielfältigungsstufen, die der Elektrode folgen, deren Potential geändert wird, lediglich zur Verstärkung dieser Stromschwankungen dienen.
Eine exakte Erklärung dieser Erscheinung negativen Widerstandes kann noch nicht gegeben werden. Sie scheint von der Geschwindigkeit, mit welcher die Elektronen die in Rede stehende Elektrode treffen, abhängig zu sein und auch davon, ob alle Elektronen der vorhergehenden Oberfläche oder Quelle auf die betreffende Elektrode auftreffen oder nicht. Über den erwähnten kritischen Potentialbereich wird die Gesamtverstärkung der Vorrichtung infolge des Umstandes steigen, dass die Zahl der sekundären Elektronen für je ein auftreffendes Primärelektron steigt, oder, mit andern Worten, dass der Strom zur Elektrode abnimmt, und auch infolge des Umstandes, dass alle Primärelektronen gesammelt auf die Elektrode gelangen.
Es dürften wohl, wenn das Potential der Elektrode den kritischen Wert überschreitet, einige Elektronen der vorhergehenden Oberfläche oder Stromquelle die Elektrode überspringen und auf eine der folgenden auftreffen, was eine verminderte Gesamtverstärkung ergibt.
Vielleicht auch fallen, wenn das Potential über den kritischen Wert, der z. B. bei einer gemäss der Darstellung in Fig. 1 gebauten Vorrichtung 320 Volt beträgt, erhöht wird, einige der Elektronen von der vorhergehenden Oberfläche näher und näher an die Kante der der Elektronenquelle zunächstliegenden Elektrode und verfehlen diese allenfalls ganz.
Es ist auch möglich, dass sich, wenn das Potential an der Elektrode erhöht wird, um dem Potential der auf dem nächsthöheren Potential befindlichen Vervielfältigungselektrode zu entsprechen, die Geschwindigkeit der Elektronen, die auf die nächste Elektrode auftreffen, sich vermindert. Selbstverständlich nehmen, wenn dies der Fall ist, die von der folgenden Elektrode ausgesendeten Sekundärelektronen an Zahl ab. Durch diese Theorien soll die Erfindung natürlich in keinerlei Weise beschränkt werden ; aber es kann mit Sicherheit behauptet werden, dass die in Rede stehende Röhre, wie beschrieben, so arbeitet, dass die eine verminderte Verstärkung bei Anwachsen des Potentials an der ersten Ver- vielfàltigungsele1. -trode über den kritischen Wert ergibt.
Der Umstand, dass die Vervielfältigungselektroden der Vorrichtung gemäss der Erfindung negativen Widerstand zeigen, führt zu dem Schluss, dass die Vorrichtung in gleicher Weise wie der wohlbekannte Dynatronoszillator wirken kann. Das heisst, dass, wenn ein parallelabgestimmter Kreis 75 in Fig. 5 in der Potentialzuführungsleitung zur ersten Vervielfältigungelektrode eingeschaltet wird oder zu irgendeiner der folgenden Vervielfältigungselektroden und das Potential an dieser geeignet eingestellt wird, die Vorrichtung kräftig schwingen wird und der Schwingungsstrom durch die folgenden Vervielfältigungselektroden verstärkt wird.
Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung kann auch in der soeben beschriebenen Art zum Schwingen gebracht werden ; oder es können Schwingungen erhalten werden, wenn die Eingangs-und Ausgangswiderstände in der Anordnung nach Fig. 6 durch geeignete Induktoren, die miteinander in geeigneter Phase magnetisch gekuppelt sind, ersetzt. werden. Andere geeignete Mittel können gegebenenfalls angewendet werden, um einen Teil der Ausgangsenergie in den Eingangskreis zurückzuführen.
In Fig. 10 ist die Gitterspannung-Ausgangsstromcharakteristik der in Fig. 2 gezeichneten Röhre dargestellt. Da diese Kurve eine ziemlich scharfe Krümmung aufweist, ist es offenbar, dass die Vorrichtung bei geeigneter Wahl der Gittervorspannung als Detektor verwendet werden kann.
Jede der beiden in den Fig. 1 und 2 dargestellten Vorrichtungen kann als kombinierter Modulator- oszillatorverwendetwerden, indemdiemodulierendenPotentialein eine Leitung eingeführt werden, die Po- tential einer der Vervielfältigungselektroden zuführt, während sie sich im Schwingungszustande befindet.
Zwei oder mehr der zuvor beschriebenen Wirkungen, wie z. B. Detektion, Verstärkung, Oszillation usw., können bei geeigneter Wahl der Potentiale usw. in einer einzigen Röhre hervorgerufen werden. Da die betreffenden Massnahmen dem Fachmann vollkommen geläufig sind, erübrigt es sieh, die Zeichnungen durch deren Darstellung zu komplizieren.
Eine gemäss der Erfindung gebaute und betriebene elektrische Entladungsvorrichtung hat viele Vorteile. Bei Verwendung eines einzigen Magnetfeldes zur Konzentration und Lenkung der Elektronenströme auf die ihnen im voraus zugeteilten Ziel-oder Auftreffstellen wird der grösste Teil jedes Stromes auf die folgende Elektrode unter für einen stabilen Betrieb günstigen Bedingungen auftreffen. Durch den Umstand, dass die Beschleunigung der Elektronen mittels elektrischer Felder hervorgerufen wird und dass ein Magnetfeld zur Steuerung oder Richtung der Elektronen längs ziemlich definierter und vorausbestimmter Bahnen verwendet wird, sind die Raumladungsbegrenzungen der bekannten Vorrichtungen vermieden.
Der so erhaltene Wirkungsgrad ist viel grösser als in dem Falle, wo lediglich elektrostatische Felder zwischen den benachbarten Elektroden angewendet werden, um sowohl die Elektronen zu beschleunigen als auch sie gegen die sekundären Aussender hin zu lenken ; u. zw. aus
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dem Grunde, weil der Potentialgradient oder die Feldstärke, die dem Entweichen der emittierten Elektronen günstig ist, ungünstig für die auftreffenden Elektronen ist und für diese als verzögerndes Feld wirkt.
Durch ein gleichförmiges Magnetfeld jedoch, das sich parallel längs aller aussendenden Oberflächen erstreckt, wird der auftreffende Elektronenstrom konzentriert und auf die aussendenden Oberflächen hin gerichtet, und gleichzeitig wird an der Oberfläche eine elektrostatische Feldstärke aufrecht erhalten, die für die Wegführung der ausgesendeten Elektronen mit Höchstwirkungsgrad günstig ist. Es wurde im wesentlichen keinerlei störende Beeinflussung oder Wechselwirkung zwischen den mit hoher Geschwindigkeit auftreffenden Elektronen und den niedrige Geschwindigkeit besitzenden Sekundärelektronen beobachtet, und es erscheint sehr wahrscheinlich, dass das Magnetfeld die austretenden Elektronen veranlasst, sich aus dem Strom der auftreffenden Elektronen herauszubewegen, sobald die ausgesendeten Elektronen eine nennenswerte Geschwindigkeit erreichen.
Aus dem allen folgt, dass bei der Vorrichtung gemäss der Erfindung der Ausgangsstrom durch Raumladungen nicht begrenzt wird. Als Folge davon hat diese Vorrichtung keinen Sättigungspunkt, und die Stärke des Ausgangsstromes, der erhalten werden kann, ist lediglich abhängig von der Wärmemenge, die die Elektroden zerstreuen können, und von deren Widerstandsfähigkeit gegenüber zerstörenden elektrostatischen Kräften, von den an die Elektroden angelegten Potentialen und der Stärke des Magnetfeldes.
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Elektrische Entladungsvorrichtung, gekennzeichnet durch eine Kathode, eine Ausgangs- elektrode oder Anode, eine Mehrzahl von Sekundärelektronenaussendern zwischen der Kathode und
Anode, die auf verschiedenen Potentialen gehalten werden können, die in bezug auf die Kathode fort- schreitend mit dem Abstand von der Kathode wachsen positiv sind, ferner durch Mittel zur Bildung eines elektrostatischen Feldes an der Oberfläche eines jeden dieser Elektronenaussender mit einer zu deren Oberfläche senkrechten Komponente, um Elektronen von den Aussendern wegzuführen, und Mittel zur Bildung eines Magnetfeldes parallel zur Oberfläche der Aussender und diese berührend, um den grössten Teil des Elektronenstromes von jedem der Aussender zu einem andern Aussender mit höherem positiven Potential zu lenken.