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Elektrische Entladungsvorrichtung.
Gegenstand der Erfindung ist eine elektrische Entladungsvorrichtung mit einem Elektrodensystem, bei der die Erscheinung der Elektronenbündelung ausgenutzt wird.
Durch viele Jahre hat man angenommen, dass bei den üblichen Entladungsröhren die Elektronen sich verhältnismässig gleichmässig verteilt in der Röhre bewegen und dass sie bei den mit einer Kathode, einem oder mehreren Gittern und einer Anode versehenen Röhren durch Gitterspannungen hauptsächlich hinsichtlich ihrer Menge, aber nur wenig in ihrer räumlichen Verteilung beeinflusst werden.
Nähere Untersuchungen haben nun ergeben, dass diese Auffassung nicht ganz zutrifft, sondern dass die aus der Kathode austretenden Elektronen in grösserem oder geringerem Masse zu Bündeln vereinigt werden und diese Bündelung dann von in der Röhre weiter entferntliegenden Elektroden zunichte gemacht wird.
Diese Elektronenbündelung hat man sich nun schon zu Nutze gemacht, u. zw. insbesondere bei der Herstellung von mit einem Schutzgitter versehenen Entladungsröhren, um den Schutzgitterstrom möglichst herabzusetzen. Zu diesem Zwecke wurde bei der Herstellung solcher Röhren dafür Sorge getragen, dass die wirksamen Teile zweier oder mehrerer zwischen Kathode und Anode hintereinanderliegender Gitter in denselben zur Kathodenoberfläche senkrechten Flächen angeordnet wurden.
Bei diesen bekannten Bauarten war der zum, von der Kathode aus gerechnet, zweiten, dritten oder folgenden Gitter fliessende Strom sehr gering, auch wenn es sieh dabei um ein positives Gitter, z. B. um ein Schutzgitter, handelte. Der zu dem der Kathode zunäehstliegenden Gitter gehende Strom wurde aber in diesem Falle, den gewöhnlichen Bauarten gegenüber, nicht verringert. Zwecks Vermeidung dieses Nachteiles wird nach einem älteren Patent unter Schutz gestellt, die vorzugsweise den Gitterstrom liefernden Teile der Kathodenoberfläche von emittierender Substanz freizuhalten.
Gemäss der Erfindung wird nun dieser Nachteil dadurch vermieden, dass der die emittierenden Schichten tragende Körper der in einer solchen Röhre enthaltenen mittelbar geheizten Kathode derart ausgestaltet wird, dass er an den mit den wirksamen Teilen und/oder den Halterungsteilen des der Kathode zunächstliegenden Gitters in denselben zur Kathodenoberfläche senkrechten Ebenen bzw.
Flächen liegenden Stellen oder, mit anderen Worten, an den in der senkrechten Projektion dieser Teile auf die Kathodenoberfläche liegenden Stellen, an welchen Stellen keine Elektronen austreten können, eine grössere Stärke bzw. einen grösseren Radius hat als an den emittierenden bzw. mit Emissionsstoff überzogenen Stellen. Hiedurch wird die Bildung entsprechender Elektronenbündel von der Kathode aus noch begünstigt. Hiebei können die nichtemittierenden Stellen mit der Oberfläche des Emissionsstoffes in einer Flucht liegen oder vor diese vorspringen. Letzteres kann auch dadurch erzielt werden, dass die in der senkrechten Projektion der wirksamen Teile des ersten Gitters auf die Kathode liegenden Stellen des Kathodenkörpers mit einem, z. B. draht-oder bandförmigen (nichtemittierenden) Körper umwickelt werden.
An den in der senkrechten Projektion der Halterungsteile des ersten Gitters auf die Kathode liegenden Stellen des Kathodenkörpers können auch z. B. stabförmige Körper auf der Kathodenoberfläche befestigt werden, wodurch noch eine zusätzliche Bündelwirkung auf die aus der Kathode austretenden Elektronen ausgeübt wird.
Mit einer solchen Bauart wird nun erreicht, dass auch zu dem der Kathode zunächstliegenden Gitter nur ein äusserst geringer Gitterstrom fliesst, auch wenn dieses Gitter sich auf positivem Potential befindet. Dies ist von besonders grossem Vorteil zunächst bei Anwendung dieser Röhren z. B. für
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Empfänger-oder Verstärkerzwecke, weiters aber auch bei allen möglichen andern Verwendungen, z. B. in Gegentaktverstärkerschaltungen, bei denen sich bisher gerade dadurch öfters Schwierigkeiten ergaben, dass das jeweils auf positivem Potential befindliche erste Gitter zu viel Strom aufnahm.
Die in der beschriebenen Weise hervorgerufene Elektronenbündelung wird nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung dadurch voll ausgenutzt, dass die übrigen in der Röhre zwischen Kathode und Anode befindlichen Gitter derart gebaut bzw. angeordnet werden, dass die senkrechten Projektionen der wirksamen Teile dieser Gitter und/oder der Halteglieder derselben sowie die der wirksamen Teile bzw. der Halteglieder des der Kathode zunächstliegenden Gitters auf die Kathodenoberfläche mit den nichtemittierenden Stellen'der Kathode zusammenfallen.
Hiedurch wird ausserdem der zusätzliche Vorteil erreicht, dass sich zwischen der Kathode und den Teilen des ersten Gitters keine Raumladungen bilden können, die, wie sich herausgestellt hat, bei den nicht mit einer erfindungsgemässen Kathode versehenen Röhren zu unerwünschten Erscheinungen, insbesondere im'Anodenstrom, Anlass geben können.
Wenn man eine Bauart nach der Erfindung, insbesondere gemäss der zuletzt beschriebenen Ausführungsform, bei Schirmgitterröhren verwendet, so wird auch der Schirmgitterstrom sehr gering.
Es zeigt sich, dass die Elektronen in diesem Falle weniger von den weiter in der Röhre entfernten positiven Elektroden beeinflusst werden als von den auf negativem oder Nullpotential befindlichen Elektroden, welche die Bündelung der Elektronen bewirken, was vermutlich darauf zurückzuführen ist, dass die Elektronen in der Nähe der auf positivem Potential befindlichen Elektroden grössere Geschwindigkeit haben als bei den in der Nähe der Kathode befindlichen Elektroden auf negativem oder Nullpotential, so dass sie in grösserem Masse dem Einfluss dieser letzteren ausgesetzt sind.
Die Erfindung ist erfolgreich nicht nur für übliche Schirmgitterröhren verwendbar, sondern auch für andere mit Elektroden auf positivem Potential versehene Röhren, wie Fünf-, Sechs-und Mehrelektrodenröhren, bei denen die wirksamen Teile einiger oder sämtlicher Gitter in den gleichen zur Kathode senkrechten Ebenen liegen können, ebenso wie die Halteglieder dieser Gitter.
In besonderen Fällen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, eine die Kathode und die Gitter umgebende Anode mit sich senkrecht auf die Anodenoberfläche in den Entladungsraum erstreckenden Schirmen zu versehen, durch die der Verlauf der Elektronen noch weitergehend im gewünschten Sinne beeinflusst werden kann. Die Anordnung dieser Schirme an bestimmten Stellen ist unter anderm vom Verhältnis zwischen dem Anodenpotential und dem Potential des der Anode zunächstliegenden Gitters abhängig. Falls es sich um Röhren handelt, bei denen das Potential des der Anode zunächstliegenden Gitters beim Betrieb der Röhre nicht höher wird als das Anodenpotential, ist es vorteilhaft, die aus der Anodenoberfläche vorragenden Teile mit den Gitterteilen und den nicht emittierenden Teilen der Kathode in denselben zur Kathode senkrechten Ebenen bzw.
Flächen anzuordnen ; falls aber während des Röhrenbetriebes das Potential des der Anode zunächstliegenden Gitters das Anodenpotential übersteigt, ist es angezeigt, die aus der Anode vorragenden Teile mit den emittierenden Teilen der Kathode in denselben zur Kathodenoberfläche senkrechten Ebenen bzw. Flächen anzuordnen, weil in diesem Falle die maximale Konzentrierung der Elektronenbündel auf die Stellen der Anode gerichtet ist, die mit den Gitterdrähten in einer Ebene bzw. Fläche liegen.
In der Zeichnung ist die Erfindung durch Ausführungsbeispiele schematisch veranschaulicht.
In den Figuren bezeichnet 11 eine mittelbar geheizte Kathode, die aus einem Kathodenkörper besteht, innerhalb dessen ein Heizkörper 12 angeordnet ist. Die Bündelung wird bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform dadurch erhalten, dass die Stellen 13-des Kathodenkörpers nicht mit Emissionsstoff überzogen werden und dieser Stoff 14 auf die übrigen Stellen der Kathodenfläche, an welchen Stellen z. B. der Kathodenkörper geringeren Durchmesser als an den nicht überzogenen Stellen hat, aufgebracht wird. Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 erhält man die gleiche Wirkung dadurch, dass die Kathodenfläche mit einem drahtförmigen (nichtemittierenden) Körper 15 umwickelt wird, wobei dann die unterhalb desselben liegenden Stellen der Kathodenfläche gegebenenfalls mit Emissionsstoff überzogen sind.
Die Anordnung der übrigen Elektroden der Röhre, u. zw. des Gitters 16 und der Anode 17 in Fig. 1 und der Gitter 18 und 19 und der Anode 20 in Fig. 2, sind aus der Zeichnung ohne weiteres ersichtlich, ebenso wie ungefähr der Lauf der Elektronen, der in Fig. 1 durch das Bündel 21 und in Fig. 2 durch das Bündel 22 angedeutet ist. Wie in Fig. 1 noch dargestellt ist, kann die Anode 17 mit Teilen 23 versehen sein, durch die das Abfangen der Elektronenbündel erleichtert wird ; gleichzeitig wird damit das Auftreten von Sekundärelektronen behindert.
Die Fig. 3 und 4 weisen gleichfalls eine Kathode 11, einen auf diese Kathode aufgewickelten bandförmigen (nichtemittierenden) Körper 15, ein um Haltestäbe 25 gewickeltes, aus Draht bestehendes
Gitter 24 und eine Anode 26 auf. Wie in Fig. 3 dargestellt ist, können diese Elektroden auf einer Quetschstelle 27 angeordnet sein. Um die Bündelung der Elektronen nach Möglichkeit zu vervollständigen, sind auf der Kathodenoberfläche, u. zw. in den durch die Gitterhaltestäbe senkrecht zur Kathodenfläche gelegten Ebenen, zweckmässig stabförmige Teile 28 angebracht ; auch diese sind nicht mit Emissions- stoff überzogen.
In Fig. 5 ist dargestellt, wie bei einer elektrischen Entladungsröhre nach Fig. 3 der Anodenstrom und der Strom zum Gitter 24 bei einer Veränderung der an das Gitter 24 angelegten Spannung
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sich ändern, u. zw. bei einer Anodenspannung von 250 Volt. Dabei ist auf der Linie A-B die Gitterspannung, auf der Linie B-C der Anodenstrom und auf der Linie A-D der Strom zum Gitter 24 aufgetragen ; die Kurve 29 stellt den Gitterstrom in Abhängigkeit von der Gitterspannung und die Kurve JO den Anodenstrom als Funktion der Gitterspannung dar ;
hieraus ist zunächst ersichtlich, dass eine hohe Steilheit erzielt wird, und ferner, dass sogar bei besonders hohen Gitterspannungen der Gitterstrom die Grössenordnung von 2 mA nicht überschreitet, während der Anodenstrom in diesem Fall annähernd 200 mA beträgt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektrische Entladungsvorrichtung mit einem eine mittelbar geheizte Kathode enthaltenden Elektrodensystem, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper der Kathode an den in der senkrechten Projektion der wirksamen Teile und/oder der Halterungsteile des der Kathode zunächstliegenden Gitters auf die Kathodenoberfläche liegenden Stellen, an welchen Stellen keine Elektronen austreten. können, eine grössere Stärke bzw. einen grösseren Radius hat als an den Stellen, die emittieren bzw. mit Emissionsstoff überzogen sind, wobei die nichtemittierenden Stellen mit der Oberfläche des an den emittierenden Stellen angebrachten Emissionsstoffes in einer Flucht liegen oder diese überragen können.
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Electric discharge device.
The invention relates to an electrical discharge device with an electrode system, in which the phenomenon of electron bundling is used.
For many years it has been assumed that in the usual discharge tubes the electrons move relatively evenly distributed in the tube and that in the tubes provided with a cathode, one or more grids and an anode they are mainly caused by grid voltages, but only slightly can be influenced in their spatial distribution.
More detailed investigations have now shown that this view is not entirely correct, but that the electrons emerging from the cathode are combined to a greater or lesser extent in bundles and this bundling is then destroyed by electrodes further away in the tube.
This electron bundling has now been made use of, u. between the manufacture of discharge tubes provided with a protective grille in order to reduce the protective grille current as much as possible. For this purpose, care was taken during the manufacture of such tubes that the active parts of two or more grids lying one behind the other between cathode and anode were arranged in the same surfaces perpendicular to the cathode surface.
In these known designs, the current flowing from the cathode to the second, third or subsequent grid was very low, even if it was a positive grid, e.g. B. a protective grille acted. The current going to the grid closest to the cathode, however, was not reduced in this case, compared with the usual designs. In order to avoid this disadvantage, an older patent protects the parts of the cathode surface, which preferably supply the grid current, of the emitting substance.
According to the invention, this disadvantage is avoided in that the body carrying the emitting layers of the indirectly heated cathode contained in such a tube is designed in such a way that it is attached to the active parts and / or the holding parts of the grid closest to the cathode planes perpendicular to the cathode surface or
Points lying on the surface or, in other words, at the points lying in the vertical projection of these parts on the cathode surface, at which points no electrons can escape, has a greater thickness or a larger radius than at the emitting or with emission material coated points . This promotes the formation of corresponding electron bundles from the cathode. The non-emitting points can be in alignment with the surface of the emission substance or protrude in front of it. The latter can also be achieved in that the points of the cathode body lying in the vertical projection of the effective parts of the first grid onto the cathode are provided with a, z. B. wire or band-shaped (non-emitting) body are wrapped.
At the points of the cathode body lying in the vertical projection of the mounting parts of the first grid on the cathode, z. B. rod-shaped bodies can be attached to the cathode surface, whereby an additional bundling effect is exerted on the electrons emerging from the cathode.
With such a design it is achieved that only an extremely small grid current flows to the grid closest to the cathode, even if this grid is at positive potential. This is of particular advantage when using these tubes for. B. for
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Receiver or amplifier purposes, but also for all other possible uses, e.g. B. in push-pull amplifier circuits, which so far have often resulted in difficulties that the first grid, which is in each case at positive potential, consumed too much current.
The electron bundling caused in the manner described is fully utilized according to a further embodiment of the invention in that the other grids located in the tube between the cathode and anode are built or arranged in such a way that the perpendicular projections of the effective parts of this grid and / or the Holding members of the same as well as those of the active parts or the holding members of the grid lying next to the cathode on the cathode surface coincide with the non-emitting points of the cathode.
This also has the additional advantage that no space charges can form between the cathode and the parts of the first grid, which, as has been found, give rise to undesirable phenomena in the tubes not provided with a cathode according to the invention, especially in the anode current can give.
If a type of construction according to the invention, in particular according to the last-described embodiment, is used in screen grid tubes, the screen grid current is also very low.
It turns out that in this case the electrons are less influenced by the positive electrodes further away in the tube than by the electrodes at negative or zero potential, which cause the electrons to concentrate, which is presumably due to the fact that the electrons in the Near the electrodes located at positive potential have greater speed than with the electrodes located near the cathode at negative or zero potential, so that they are exposed to the influence of the latter to a greater extent.
The invention can be used successfully not only for conventional screen grid tubes, but also for other tubes provided with electrodes at positive potential, such as five-, six- and multi-electrode tubes, in which the effective parts of some or all of the grids can lie in the same planes perpendicular to the cathode as well as the support members of these grids.
In special cases it has proven to be advantageous to provide an anode surrounding the cathode and the grid with screens extending perpendicular to the anode surface into the discharge space, through which the course of the electrons can be further influenced in the desired sense. The arrangement of these screens at certain points depends, among other things, on the ratio between the anode potential and the potential of the grid closest to the anode. In the case of tubes in which the potential of the grid closest to the anode does not become higher than the anode potential during operation of the tube, it is advantageous to place the parts protruding from the anode surface with the grid parts and the non-emitting parts of the cathode in the same Cathode vertical planes or
To arrange surfaces; but if the potential of the grid closest to the anode exceeds the anode potential during tube operation, it is advisable to arrange the parts protruding from the anode with the emitting parts of the cathode in the same planes or surfaces perpendicular to the cathode surface, because in this case the maximum concentration the electron beam is directed at the points on the anode which are in one plane with the grid wires.
In the drawing, the invention is illustrated schematically by exemplary embodiments.
In the figures, 11 denotes an indirectly heated cathode, which consists of a cathode body, within which a heating body 12 is arranged. In the embodiment shown in FIG. 1, the bundling is obtained in that the points 13 of the cathode body are not coated with emission substance and this substance 14 is applied to the other points of the cathode surface, at which points z. B. the cathode body has a smaller diameter than at the uncoated areas, is applied. In the embodiment according to FIG. 2, the same effect is obtained in that the cathode surface is wrapped with a wire-shaped (non-emitting) body 15, the locations of the cathode surface lying below it then possibly being coated with emission substance.
The arrangement of the remaining electrodes of the tube, u. between the grid 16 and the anode 17 in FIG. 1 and the grid 18 and 19 and the anode 20 in FIG. 2, are readily apparent from the drawing, as well as approximately the path of the electrons in FIG the bundle 21 and is indicated in FIG. 2 by the bundle 22. As is also shown in FIG. 1, the anode 17 can be provided with parts 23 through which the interception of the electron beam is facilitated; at the same time, the occurrence of secondary electrons is hindered.
3 and 4 likewise show a cathode 11, a band-shaped (non-emitting) body 15 wound onto this cathode, a wire made of wire and wound around holding rods 25
Grid 24 and an anode 26. As shown in FIG. 3, these electrodes can be arranged on a pinch point 27. In order to complete the bundling of electrons as far as possible, are on the cathode surface, u. between the planes laid perpendicularly to the cathode surface by the grid holding rods, appropriately rod-shaped parts 28 are attached; even these are not covered with emissions.
FIG. 5 shows, as in the case of an electric discharge tube according to FIG. 3, the anode current and the current to the grid 24 when the voltage applied to the grid 24 changes
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change, u. between an anode voltage of 250 volts. The grid voltage is plotted on the line A-B, the anode current on the line B-C and the current to the grid 24 on the line A-D; curve 29 represents the grid current as a function of grid voltage and curve JO represents the anode current as a function of grid voltage;
From this it can be seen first of all that a high steepness is achieved, and further that even with particularly high grid voltages, the grid current does not exceed the order of magnitude of 2 mA, while the anode current in this case is approximately 200 mA.
PATENT CLAIMS:
1. Electrical discharge device with an electrode system containing an indirectly heated cathode, characterized in that the body of the cathode at the points in the vertical projection of the effective parts and / or the holding parts of the grid closest to the cathode on the cathode surface, at which points none Electrons leak. can, has a greater thickness or a greater radius than at the points that emit or are coated with emission material, the non-emitting points being in alignment with the surface of the emission material attached to the emitting points or being able to protrude above it.