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Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung von Elektronenvervielfaeherröhren.
Bekanntlich ist es möglich, elektrische Signale zu verstärken auf Grund des Prinzipes der Se- kundäremissionsvervielfachung. Notwendig ist die Anwendung von Vervielfachungselektroden mit guten Sekundäremissionseigenschaften. Eine Vervielfachung kommt dadurch zustande, dass ein auf die Vervielfachungselektrode aufprallendes Elektron im Mittel mehr als ein Sekundärelektron auslöst. Wenn die Anzahl der pro Primärelektron ausgelösten Sekundärelektronen mit K bezeichnet und m Vervielfachungsstufen benutzt werden, dann ist die Vervielfachung des Stromes Km.
Voraussetzung hiebei ist, dass jede Vervielfachungselektrode den Sekundärstrom der vorher- gehenden Vervielfachungselektrode (VE) vollständig aufnimmt und so jede Stufe voll ausgenutzt wird.
Diese Bedingung kann durch verschiedene Anordnungen erfüllt werden, bei welchen nach den Gesetzen der Elektronenoptik der Sekundärstrom jeder VE auf die nächste VE fokussiert wird. Dies ist möglich entweder mit Hilfe elektrischer Felder allein oder durch Kombination von elektrischen und magnetischen Feldern. So ist auch ein Sekundärelektronenvervielfacher bekannt, bei dem die aus der Kathode austretenden Elektronen des Bündels mit Hilfe einer Blende der gewünschten Richtung nach ausgesiebt und nachher einer Steuerung durch elektrische Ablenkungswirkung ausgesetzt werden.
Die Erfindung bezieht sich auf magnetische Elektronenvervielfacher, bei denen ebenfalls Blenden zum Aussieben der Elektronen verwendet und die Elektronen nachher einer Steuerung durch Ablenkungswirkung ausgesetzt werden. Erfindungsgemäss steht die Geschwindigkeitsrichtung der ausgesiebten Elektronen senkrecht zur magnetischen Feldstärke und liegt parallel zur Richtung der durch die Beschleunigungselektrode erzeugten Feldstärke.
In Fig. 1 ist ein magnetischer Sekundärelektronenvervielfacher schematisch gezeichnet. Darin bedeuten PK die Primärkathode, BE die Beschleunigungselektroden und VE die Verstärkerelektroden.
A ist die Anode. Die aus der Kathode austretenden Elektronen werden, wie dies die Fig. 2-4 zeigen, zunächst ausgeblendet und dann durch die gemeinsame Wirkung des elektrischen und magnetischen Feldes auf den gezeichneten krummen Bahnen bewegt. Die elektrischen und magnetischen Kraftlinien haben zu diesem Zweck im Verhältnis zur Austrittsrichtung der Elektronen die erfindungsgemässe Richtung. Die Ausführung der Ablenkungssteuerung ist in zwei Arten möglich ; entweder beeinflusst man die Bahn der Elektronen durch eine zusätzliche elektrische Feldstärke, mittels der in der Kathodenstrahltechnik bekannten elektrostatischen Ablenkplatten. Diese müssen so ausgebildet werden (Fig. 6), dass sie keine Elektronen auffangen. Erfindungsgemäss liegen deshalb ihre Flächen in der Ebene der magnetischen und elektrischen Feldstärke.
Eine andere Möglichkeit besteht in der Änderung der Be- schleunigungsfeldstärke der Beschleunigungselektroden BE und dadurch in einer Steuerung der Fluggeschwindigkeit der Elektronen. Dies kann entsprechend Fig. 7 zweekmässigerweise durch ein negativ vorgespanntes Steuergitter SG erreicht werden, wobei das zu verstärkende Signal zwischen Gitter und Primärkathode geschaltet wird. In den Fig. 6-7 sind die Blenden für das Elektronenbündel zur Vereinfachung der Zeichnung weggelassen.
Für die Ausführung der geschilderten Anordnung ist es notwendig, dass derjenige Teil des Elektronenbündels, welcher die VE nicht trifft, auch tatsächlich absorbiert wird und am Vervielfachungsprozess nicht teilnimmt. Die Elektronen müssen also aufgefangen werden durch eine Elektrode, derart, dass keine wesentliche Anzahl von Sekundärelektronen erzeugt wird, welche zur nächsten VE kommen
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könnte. Zu diesem Zwecke können zwei Verfahren eingeschlagen werden. Bei der vorliegenden Anordnung wird eine Hilfselektrode im Wege der Flugbahn der Elektronen so angeordnet, dass ein Teil des Bündels aufgehalten wird. Es ist zweckmässig, die Hilfselektrode an einer Stelle anzuordnen, wo die eventuell erzeugten Sekundärelektronen nicht mehr in den Vervielfachungsraum treten können (z.
B. in Fig. 2 in der Nähe der Besehleunigungselektrode). Das Potential der Hilfselektrode soll so gewählt werden, dass es die Potentialverteilung der Hauptelektroden nicht wesentlich stört. Eine andere Möglichkeit ist in Fig. 3 dargestellt. Hier wird die VE, auf welche das durch Ablenkung gesteuerte Elek- tronenbtindel trifft, aus zwei Teilen hergestellt, u. zw. aus der eigentlichen VE mit starker Sekundäremission und aus der Hilfselektrode mit schlechten Sekundäremissionseigenschaften. Die Hilfselektrode kann ausserdem auf geringem Potential gehalten werden, welches zwar ausreicht, um die Primärelektronen aufzunehmen, aber infolge der geringen Auftreffgeschwindigkeit wenig Sekundärelektronen abgibt.
Eine weitere Möglichkeit ist, diese Hilfselektrode mit einem Fanggitter (Fg in Fig. 4) zu versehen, ähnlich wie es bei Penthoden der Verstärkertechnik geschieht, um es vollständig zu verhindern, dass Sekundärelektronen die Hilfselektrode verlassen.
Eine weitere zweckmässige Vereinfachung ist es, wenn die in Fig. 3 und 4 gezeichnete Hilfselektrode konstruktionsmässig mit der Ve identisch ist und nur durch eine verschiedene Sekundäremission der Oberfläche von dem eigentlichen sekundäraktiven Teil der VE verschieden ist. Es muss in diesem Falle die Oberflächenbehandlung so vorgenommen werden, dass längs einer scharfen Kante der Sekundäremissionsfaktor der Oberfläche von einem grossen Wert zu einen möglichst kleinen Wert springt. Um die Oberfläche mit schwacher Sekundäremissionseigenschaft auszustatten, kann beispielsweise der betreffende Teil der Elektrode mit einer Kohlenstoffschicht überzogen werden (Fig. 5). Es besteht auch die Möglichkeit, vor dem in Fig. 5 mit B bezeichneten Teil der VE ein Fanggitter zu setzen, um die auf diesen Teil noch erzeugten Sekundärelektronen wieder zur Rückkehr zu zwingen.
Selbstverständlich lassen sich die beiden Massnahmen kombinieren. Will man den Steuerbereich für die Ab- lenkungssteuerung vergrössern, so wird man zweckmässigerweise eine schiefe Kante zur Begrenzung zwischen dem vervielfachenden und absorbierenden Teil der VE herstellen (Fig. 5a). Die gleiche Massnahme lässt sich auch verwenden in der Ausführungsform der Fig. 2,3 und 4.
Wird die VE in der in Fig. 7 geschilderten Weise angebracht, so erreicht man mit negativ gespanntem Gitter eine Erhöhung des Stromes und demzufolge eine negative Steilheit des Verstärkers ; ein bei den Verstärkern ungewohnter, aber nicht nachteiliger Zustand. Vertauscht man die Rollen der VE und Hilfselektrode (Fig. 7), so wird die Steilheit positiv. In diesem Falle wird aber der Vorteil der Ausblendung der Primärelektronen nicht ausgenutzt werden können.
Bei Superheterodynempfang ist es erwünscht, ein Verstärkersystem einer zweifachen Steuerung auszusetzen, um auf diese Weise eine multiplikative Mischung von Signalfrequenz und Ortsfrequenz herbeizuführen. Dies kann ohne weiteres mit dem geschilderten Steuerungsverfahren mit dem Elektronenvervielfacher erreicht werden, indem die Ablenkungssteuerung zweimal angewandt wird. Einmal hinter der Primärkathode und das zweite Mal hinter einer der VE. Die Ablenkungssteuerung des schwachen fremden Signals wird in der geschilderten Weise hinter der Primärkathode durchgeführt, um den primären Gleichstrom möglichst gut aussteuern zu können. Die Ortsfrequenz lässt sich dagegen mit genügender Amplitude herstellen und es besteht keine Schwierigkeit, eine hinreichend wirksame Ablenkungssteuerung für die Ortsfrequenz nach einer der VE auszuführen.
Es besteht auch die Möglichkeit, die Ortssehwingung mit dem Vervielfaeherrohr selbst herzustellen, indem mit einer Hilfsanode auf das Steuerorgan der Ortsfrequenz rückgekoppelt wird. Die Steuerung des fremden Signals an dem Eingangsteil der Röhre wird dadurch nicht beeinflusst.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Steuerung von Elektronenbündeln von magnetischen Elektronenvervielfachen, bei dem die aus einer Kathode heraustretenden Elektronen des Bündels mit Hilfe einer oder mehrerer Blenden der gewünschten Richtung nach ausgesiebt und nachher einer Steuerung durch Ablenkungswirkung ausgesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass. die Geschwindigkeitsrichtung der ausgesiebten Elektronen senkrecht zur magnetischen Feldstärke und parallel zur Richtung der durch die Besehleunigungselektrode erzeugten Feldstärke liegt.