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Verfahren zur Erzeugung eines negativen Widerstandes zwischen zwei Elektroden.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung statisch negativer Widerstände durch Verteilung eines aus raschen Elektronen gebildeten Entladungsstromes. Es ist bekannt, in Verstärkerröhren statisch negative Widerstände herzustellen. Die bisher bekannten Verfahren beruhen auf Sekundäremissionserscheinungen oder auf einer Rückkopplung und sind mit Nachteilen behaftet ; sie sind z. B. zeitlich inkonstant oder benötigen ausserhalb der Röhre liegende Schaltelemente.
Es wurde auch vorgeschlagen, einen negativen Innenwiderstand in besonders gebauten Röhren zu erzeugen, bei denen sich hinter einer stromdurchlässigen Anode mindestens eine weitere Auffangelektrode befindet, der von der durchbrochenen Anode durchgelassene Strom an einer zwischen der Anode und der Auffangelektrode angesammelten Elektronenraumladung abgebremst wird und sich nach Massgabe der Primärstromstärken bzw. der Anodenspannung auf diese beiden Elektroden verteilt. Für das Zustandekommen des negativen Innenwiderstandes zwischen Kathode und Anode sind also langsame, wenn nicht völlig abgebremste Elektronen ausschlaggebend.
Das Verfahren gemäss der Erfindung besteht im wesentlichen darin, dass ein aus einer Hilfselektrode austretender Elektronenstrahl durch Vergrösserung der Spannung einer weiteren Elektrode eine Richtungsänderung erleidet, wodurch der zu dieser weiteren Elektrode fliessende Strom abnimmt.
Dieser Zusammenhang zwischen Strom und Spannung der weiteren Elektrode ist ein Kennzeichen dafür, dass die an dieser Elektrode endigende Entladungsstrecke einen negativen Innenwiderstand besitzt. Die Kennlinien, aus denen dieser Innenwiderstand abzulesen ist, können punktweise aufgenommen werden, so dass die Bezeichnung als statisch negative Widerstände gerechtfertigt ist. Sie sind stabil und reproduzierbar.
Die Zeichnung zeigt zwei beispielsweise Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung.
In Fig. 1 bedeutet I eine Hilfselektrode, II die Anode und III eine weitere Hilfselektrode. Der negative Innenwiderstand soll in der an der Anode endigenden Entladungsstrecke entstehen. Sämtliche drei Elektroden werden auf positivem Potential gehalten. Die Elektroden I und II sind mit Öffnungen jd, B ausgestattet. Durch die Öffnung. A der Hilfselektrode I tritt ein Elektronenstrahl 8 ein, der von einer beliebigen Elektronenquelle ausgehen möge. Als Elektronenquelle kann eine Glüh-, Gas-oder Photokathode verwendet werden ; der Strahl kann entweder durch Konzentrationsmittel (z. B. WehneltZylinder) oder durch Ausblendung die gewünschte Querschnittsform erhalten. Der Elektronenstrahl 8 tritt aus der Hilfselektrode I mit einem Neigungswinkel a gegen die Richtung der elektrischen Feldlinien (bzw. die Normale auf die Hilfselektrodenfläche I) aus.
Wenn der Zwischenraum zwischen den Elektroden I und II feldfrei ist, d. h. diese Elektroden dasselbe Potential besitzen, verläuft der Elektronenstrahl zwischen diesen beiden Elektroden geradlinig. Wird nun das Potential U2 der Anode II vergrössert, so erhält der Elektronenstrahl 8 in dem nunmehr bestehenden Beschleunigungsfeld eine auf die Anode II senkrecht stehende zusätzliche Bewegungskomponente. Die Strahlelektronen bewegen sich jetzt in dem Raum zwischen den Elektroden I und II nicht mehr geradlinig weiter, sondern beschreiben eine parabolische Bahn S', treten ganz oder zum Teil durch die Blendenöffnung B hindurch und werden schliesslich von der Elektrode III aufgenommen. In diesem Falle ist der zur Anode II fliessende Strom i2 trotz Vergrösserung des Anodenpotentials U2 kleiner geworden, d. h.
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Dies bedeutet aber, da. ss der Wechselstromwiderstand der an der Anode 11 endigenden Entladungsstrecke negativ ist. Durch geeignete Wahl des Elektronenstrahlquerschnitts und der Form der Blende B kann ein beliebiger, u. a. auch linearer, Zusammenhang zwischen dem Anodenpotential und dem Anodenstrom hergestellt werden : ebenso lässt sich durch geeignete Wahl der Elektrodenabstände (insbesondere zwischen I und 11) sowie des Neigungswinkels a die Steuerempfindlichkeit und damit auch die Grösse des negativen Innenwiderstandes beeinflussen.
In der Fig. 2 gelten die gleichen Bezeichnungen wie in Fig. 1. Der durch die Blendenöffnung A der Hilfselektrode I hindurchtretende geradlinige Elektronenstrahl 8 gelangt durch die B1endenöffnung B der Anode 11 auf die Hilfselektrode 111. Der zur Anode Il fliessende Strom i2 ist also gleich 0 oder zumindest sehr klein. Wird aber das Anodenpotential v, verringert, so-wird der'Ei lcktronenstrahl in die gekrümmte Bahn S'abgelenkt, wobei die Anode 11 alle oder einen grösseren Teil der Elektronen auffängt. Auch in diesem Falle gelten die obenerwähnten Beziehungen.
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Es ist ohne weiteres möglich, die Zahl der Öffnungen zu vergrössern und die Elektroden 1 und 11 sieb-oder gitterförmig auszuführen, wodurch die Wirkungen vervielfacht werden. Selbstverständlich kann die Querschnittsbestimmung eines Elektronenstrahles oder einer gebündelten Entladung durch die Blenden der Elektrode 1 selbst erfolgen, so dass eine Elektronenquelle der in Verstärkerröhren üblichen Art Verwendung finden kann. Die vorerwähnte Mehrfachanordnung lässt sich auch mit Elektroden in Gestalt von konzentrischen Zylindern und einem axialen Glühfaden bzw. einer entsprechend geformten indirekt geheizten Kathode ausführen.
Im Rahmen der Erfindung bestehen noch weitere Ausführungsmöglichkeiten. So kann man als Ruhelage des Elektronenstrahles auch eine gekrümmte Elektronenbahn wählen, wobei die Elektroden 1, II im Gegensatz zu Fig. 1 und 2 verschiedene Potentiale erhalten müssen. Auf diese Weise lässt sich z. B. ein mechanischer Justierungsfehler der beiden Elektroden auf elektrischem Wege ausgleichen. Bei geeigneter Wahl der Entladungsstromstärke sowie der Abstände und Spannungen der einzelnen Elektroden wird erreicht, dass sich in jenem Gebiet des Entladungsraumes, wo die Stromverteilung vor sich geht, keine Raumladungsstauungen und insbesondere kein Minimum des Effektivpotentials mit dem Wert 0 ausbilden können.
PATENT-ANSPRÜCHE : 1. Verfahren zur Erzeugung eines negativen Widerstandes durch Verteilung eines aus raschen Elektronen gebildeten Entladungsstromes zwischen zwei Elektroden, dadurch gekennzeichnet, dass dem durch die Öffnung (en) einer Hilfselektrode hindurchtretenden Elektronenstrom einschliesslich
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Elektrode (Anode) ohne Mitwirkung magnetischer Felder eine Richtungsänderung erteilt wird, derzufolge die Zahl der n, uf diese Elektrode (Anode) fallenden Elektronen mit steigender positiver Spannung der gleichen Elektrode abnimmt.