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Elektronenröhre.
In den derzeit bei Verstärkerröhren üblichen Verfahren zur Steuerung von Elektronenströmen werden die Elektronen durch das Steuerfeld in einem Zustand beeinflusst, in dem sie eine verhältnis- mässig geringe Geschwindigkeit besitzen. Dies bedeutet, dass die Elektronen sich verhältnismässig lange in dem steuernden Wechselfeld aufhalten. Auch bei Senderöhren, Kathodenstrahlröbren usw. wird die Steuerung in einer solchen Zone des Entladungsraumes vorgenommen, wo die Elektronengeschwindig- keit klein ist. Es wurden sogar besondere Massnahmen (Bremselektroden) angegeben, um die Elektronen- geschwindigkeit im Steuerbereich gleich Null zu machen. Dabei war die Überlegung massgebend, dass zur Beeinflussung langsamer Elektronen eine kleine Steuerspannung ausreicht. Hiebei hat man jedoch folgende Zusammenhänge nicht beachtet.
Werden die Elektronenlaufzeiten im Steuerfeld vergleichbar mit der Periodendauer der angelegten Wechselspannung, so entziehen die Elektronen den angekoppelten Kreisen Energie, d. h. es treten in diesen Kreisen Dämpfungsersrheinungen auf. welche die Selektivitätseigenschaften verschlechtern. Beispielsweise ergibt sieh bei Hoehfrequenz- verstärkerröhren eine Dämpfung des abgestimmten Eingangskreises.
Die Erfindung beruht auf der Überlegung, dass es zwecks Vermeidung der genannten Nachteile notwendig ist, die Laufzeit der Elektronen im Steuerfeld möglichst kurz zu machen. Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass der vorzugsweise aus gebündelten Elektronen bestehende Entladungs- strom unter einem von Null und 90 abweichenden Winkel gegen die Kraftlinieneinrichtung in das
Steuerfeld gerichtet ist, so dass der Einsatzpunkt der Steuerkennlinie Ja = f (E), die den Anoden- strom Ja als Funktion der Steuerspannung darstellt, bei einem merklich positiven Effektivpotential der Steuerelektrode liegt.
Infolge des schrägen Einfalls der Elektronen in das Steuerfeld braucht nicht die Gesamtgeschwindigkeit der Elektronen, sondern nur die in die Richtung des Steuerfeldes fallende
Geschwindigkeitskomponente auf den Wert Null gebracht zu werden, so dass die Elektronen während ihres ganzen Aufenthalts im Bereich des Steuerfeldes eine endliche Geschwindigkeit besitzen. Daher erfolgt die Einwirkung des steuernden Feldes auf das einzelne Elektron nur sehr kurzzeitig und in- folgedessen wird eine schädliche Dämpfung des Steuerkreises und eine Verflachung seiner Resonanz- kurve vermieden.
Ausserdem folgt daraus, dass der Potentialunterschied zwischen der Steuerelektrode und der die Einfallsgeschwindigkeit der Elektronen in das Steuerfeld bestimmenden Elektrode kleiner ist als der Potentialunterschied zwischen letzterer Elektrode und der Kathode, so dass also das Effektiv- potential der Steuerelektrode gegen die Kathode einen positiven Wert besitzt.
Der Erfindungsgedanke soll nun an Hand einiger Beispiele erläutert werden. In der Fig. 1 stellen I und I'Hilfselektroden dar. 11 sei das Steuergitter und III die dahinter befindliche Anode einer Verstärkerröhre. Das Potential von I sei mit Mi und das Effektivpotential in der Steuergitter- fläche mit U2 bezeichnet. Durch I sollen Elektronen unter einem Neigungswinkel a gegen die Feld- richtung in das zwischen I und 11 herrschende Feld eintreten. Wenn dieses Feld abbremsend wirkt, bewegen sich die Elektronen auf parabolischen Bahnen, wie sie z.
B. gestrichelt eingezeichnet sind.
Eine einfache Rechnung ergibt, dass die Elektronen nur dann die Steuergitterfläche II und damit auch die Anode 111 erreichen können, wenn das Effektivpotential der Steuergitterfläche
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abgebremst werden, wesentlich von der Grösse des Winkels a abhängt. Treten z. B. die Elektronen mit dem Winkel et = 0 in das Feld ein, so müssen sie zur Steuerung bis auf die Geschwindigkeit 0 abgebremst werden. Nimmt man dagegen an, dass o = 45 sei und die Spannung der Hilfselektrode I ! == 100 Volt betrage, so liegt der Scheitel der parabolischen Elektronenbahnen auf einer Potentialfläche von etwa 50 Volt.
Die Elektronen können also die Fläche des Steuergitter II und die Anode II erst dann erreichen, wenn das Effektivpotential des Steuergitter U, 50 Volt ist, und werden dann nur bis zu einer Geschwindigkeit von 50 Volt abgebremst. Solange das Effektivpotential des Steuergitters U2 - < 50 Volt ist, kehren die Elektronen zur Hilfselektrode I zurück bzw. werden sie von der Hilfselektrode l'aufgenommen, wobei sie jedoch wiederum nur bis 50 Volt abgebremst werden.
Die Entladungskennlinie, die sich bei einer Elektronenstrahlung, die aus Elektronen gleicher Geschwindigkeit und paralleler Richtung zusammengesetzt ist, ergibt, zeigt die Kurve a in Fig. 2.
Man sieht, dass die Steuerung also bei verhältnismässig grossen Elektronengeschwindigkeiten erfolgt und die Elektronen sich nicht lange im Steuerfeld aufhalten. Besitzt der Elektronenstrahl eine gewisse Winkeldivergenz A a beim Eintritt in das verzögernde Feld, so nimmt die Kennlinie die Gestalt der Kurve b in Fig. 2 an. Dies hängt damit zusammen, dass den unter verschiedenen Winkeln in das Steuerfeld eintretenden Elektronen verschieden grosse Effektivpotentiale des Steuergitter zugeordnet werden müssen, um sie zur Umkehr zu veranlassen. Die Verschleifung der Kennlinien tritt zwischen den Spannungswerten
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auf.
Die in Fig. 2 gekennzeichnete Kennlinienform ist völlig neuartig, denn bei allen bisher bekannten Kennlinien setzt der Entladungsstrom beim Effektivpotential 0 der Steuerelektrode ein. Diese Kennlinien entstehen also unter der Voraussetzung, dass die Steuerung solche Elektronen beeinflusst, die die bis auf ganz kleine Geschwindigkeiten abgebremst sind. Die in Fig. 2 gezeigten Kennlinien beginnen erst bei positiven Effektivpotentialen und verschieben sich um so mehr in der Richtung positiver Effektivpotentiale, je grösser der Einfallswinkel a gewählt wird, d. h. mit je schnelleren Elektronen man arbeitet.
Wie sich aus Formel I ergibt, besteht ein Zusammenhang zwischen der Grösse der zur Steuerung des Elektronenstromes erforderlichen Effektivpotentials der Steuerelektrode U2 und dem Einfallswinkel der Elektronenstrahlen a. Daraus ersieht man, dass die Steuerung sowohl durch Änderung der Intensität des steuernden Feldes, also durch Beeinflussung des Effektivpotentials u2, erfolgen kann, also auch durch Veränderung des Einfallswinkels a. Gegebenenfalls kommt auch die gleichzeitige Anwendung beider Steuerungen in Frage. In beiden Fällen können die zur Intensitäts-bzw. Winkelsteuerung von Entladungsströmen bekannten Mittel Anwendung finden ; für die Winkelsteuerung können sowohl magnetische als auch elektrostatische Ablenkfelder zur Wirkung gebracht werden.
Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Elektrodenanordnung sollte lediglich zur Erläuterung des Erfindungsgedankens dienen. In Fig. 3 ist der Querschnitt durch ein zur praktischen Durchführung des Erfindungsgedankens geeignetes Elektrodensystem wiedergegeben. Aus der Glühkathode K werden Elektronen durch die gitterförmige Elektrode 1 (Spannung) nach aussen geführt und durch die auf Kathodenpotential gehaltenen Stege 3 in zwei Bündel B, B'geteilt. Hat. die Elektrode 5 beispielsweise auch das Potential , so erhält man beim Verändern des Potentials der Elektrode 4 eine Kennlinie, deren Verlauf mit dem der Kennlinie in Fig. 2 übereinstimmt. Der Elektronenstrom verteilt sich dabei auf die Elektroden 4 und 5.
Die Steilheit der Kennlinie hängt von der Grösse des Divergenzwinkels ab, mit dem die Elektronen in das verzögernde Feld des Steuerraums eintreten.
Will man die Steilheit der Entladungskennlinie möglichst gross machen, so ist es notwendig, diese Winkeldivergenz, die vorhin mit A < x bezeichnet wurde, möglichst klein zu machen. Hiefür bestehen grundsätzlich zwei Möglichkeiten :
1. Die Elektronen werden scharf gebündelt und daher parallel gerichtet und treten unter einem eindeutig bestimmten Winkel a in ein homogenes Gegenfeld ein.
2. Bei ungenügender Bündelung, bei der die Elektronen die Kathode in verschiedener Richtung verlassen und daher divergierende Bahnen zurücklegen, kann das verzögernde Feld so gestaltet werden, dass alle Elektronen unter dem gleichen Winkel in dieses eintreten.
Der zweite Fall ist in Fig. 4 dargestellt. Hiebei treten Elektronen verschiedener Flugrichtung in ein derart gekrümmtes Gegenfeld ein, dass sie jeweils dieselbe Äquipotentialfläche P, P', P"unter dem gleichen Winkel ao durchsetzen. Dadurch erreicht man wiederum, dass die Elektronen praktisch auf der gleichen Potentialfläche umkehren, d. h. bei einem für alle Elektronen gleichen Effektivpotential der Steuerfläche zu dieser und damit zur Anode gelangen.
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Electron tube.
In the methods for controlling electron currents that are currently customary for amplifier tubes, the electrons are influenced by the control field in a state in which they have a relatively low speed. This means that the electrons stay in the controlling alternating field for a relatively long time. Even with transmitter tubes, cathode ray tubes, etc., the control is carried out in such a zone of the discharge space where the electron speed is low. Special measures (braking electrodes) were even specified to make the electron speed in the control area equal to zero. The decisive consideration was that a small control voltage is sufficient to influence slow electrons. In doing so, however, the following connections were not taken into account.
If the electron transit times in the control field are comparable to the period of the applied alternating voltage, then the electrons withdraw energy from the coupled circuits, i.e. H. in these circles dampening rashes appear. which deteriorate the selectivity properties. For example, in the case of high-frequency amplifier tubes, the tuned input circuit is attenuated.
The invention is based on the consideration that, in order to avoid the disadvantages mentioned, it is necessary to make the transit time of the electrons in the control field as short as possible. According to the invention, this is achieved in that the discharge current, which preferably consists of bundled electrons, enters the force line device at an angle other than zero and 90
Control field is directed, so that the starting point of the control characteristic Ja = f (E), which represents the anode current Ja as a function of the control voltage, is at a noticeably positive effective potential of the control electrode.
As a result of the oblique incidence of the electrons in the control field, the overall speed of the electrons is not required, only that falling in the direction of the control field
Speed component to be brought to the value zero, so that the electrons have a finite speed during their entire stay in the area of the control field. Therefore, the effect of the controlling field on the individual electron takes place only for a very short time and consequently a damaging damping of the control circuit and a flattening of its resonance curve is avoided.
It also follows that the potential difference between the control electrode and the electrode which determines the speed of incidence of the electrons in the control field is smaller than the potential difference between the latter electrode and the cathode, so that the effective potential of the control electrode against the cathode has a positive value.
The idea of the invention will now be explained using a few examples. In Fig. 1, I and I represent auxiliary electrodes. 11 is the control grid and III is the anode of an amplifier tube located behind it. Let the potential of I be denoted by Mi and the effective potential in the control grid area by U2. Through I, electrons should enter the field between I and 11 at an angle of inclination α against the field direction. If this field has a decelerating effect, the electrons move on parabolic orbits, as they are e.g.
B. are shown in dashed lines.
A simple calculation shows that the electrons can only reach the control grid area II and thus also the anode 111 if the effective potential of the control grid area
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be braked, depends essentially on the size of the angle a. Step z. B. the electrons with the angle et = 0 in the field, they have to be decelerated to the speed 0 for control. On the other hand, if one assumes that o = 45 and the voltage of the auxiliary electrode I! == 100 volts, the apex of the parabolic electron orbits lies on a potential surface of about 50 volts.
The electrons can therefore only reach the surface of the control grid II and the anode II when the effective potential of the control grid U is 50 volts, and are then only decelerated to a speed of 50 volts. As long as the effective potential of the control grid U2 - <50 volts, the electrons return to the auxiliary electrode I or they are picked up by the auxiliary electrode 1 ', but they are only decelerated to 50 volts.
The discharge characteristic resulting from electron radiation composed of electrons of the same speed and parallel direction is shown by curve a in FIG. 2.
You can see that the control takes place at relatively high electron speeds and the electrons do not stay in the control field for long. If the electron beam has a certain angular divergence A a on entering the decelerating field, the characteristic curve assumes the shape of curve b in FIG. This is due to the fact that the electrons entering the control field at different angles have to be assigned different effective potentials of the control grid in order to cause them to reverse. The smoothing of the characteristics occurs between the voltage values
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on.
The shape of the characteristic curve shown in FIG. 2 is completely new, because in all of the characteristic curves known up to now the discharge current starts at the effective potential 0 of the control electrode. These characteristics are created on the assumption that the controller influences those electrons that are slowed down to very low speeds. The characteristic curves shown in FIG. 2 only begin at positive effective potentials and shift all the more in the direction of positive effective potentials, the larger the angle of incidence α is selected, i.e. H. the faster electrons you work with.
As can be seen from formula I, there is a relationship between the size of the effective potential of the control electrode U2 required to control the electron flow and the angle of incidence of the electron beams a. It can be seen from this that the control can take place both by changing the intensity of the controlling field, that is to say by influencing the effective potential u2, and also by changing the angle of incidence a. It may also be possible to use both controls at the same time. In both cases, the intensity or. Angle control of discharge currents known means are used; Both magnetic and electrostatic deflection fields can be brought into effect for angle control.
The electrode arrangement shown schematically in FIG. 1 should only serve to explain the concept of the invention. In Fig. 3 the cross section through an electrode system suitable for the practical implementation of the inventive concept is shown. From the hot cathode K, electrons are led to the outside through the grid-shaped electrode 1 (voltage) and divided into two bundles B, B 'by the webs 3 kept at cathode potential. Has. the electrode 5, for example, also the potential, when changing the potential of the electrode 4, a characteristic curve is obtained whose course corresponds to that of the characteristic curve in FIG. The electron current is distributed between electrodes 4 and 5.
The steepness of the characteristic depends on the size of the divergence angle with which the electrons enter the decelerating field of the control room.
If the steepness of the discharge characteristic is to be made as large as possible, it is necessary to make this angular divergence, which was previously referred to as A <x, as small as possible. There are basically two options for this:
1. The electrons are sharply bundled and therefore directed parallel and enter a homogeneous opposing field at a clearly defined angle a.
2. If the concentration is insufficient, in which the electrons leave the cathode in different directions and therefore cover diverging paths, the retarding field can be designed so that all electrons enter it at the same angle.
The second case is shown in FIG. Electrons with different flight directions enter an opposing field that is curved in such a way that they penetrate the same equipotential area P, P ', P "at the same angle ao all electrons with the same effective potential of the control surface reach this and thus the anode.
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