<Desc/Clms Page number 1>
Schaltung zur Erzeugung von Schwingungen, zur Verstärkung oder zur Modulation und Verwendung eines dynamischen Elektronenvervielfachers.
EMI1.1
<Desc/Clms Page number 2>
Die Röhre der Fig. 1 ist besonders für die Erzeugung einer Hochfrequenz grosser Energie gedacht.
Sie enthält eine metallische Auslöseelektrode 1 zylindrischer Form, deren eines Ende 2 geschlossen ist, während das gegenüberliegende Ende 3 offen und am Rand mit einem Glas- oder Quarzfuss 4 verschmolzen ist, so dass die Auslöseelektrode selbst einen Teil der Röhrenhülle bildet. Diese Konstruktion
EMI2.1
mässig die Auslöseelektrode ganz im Innern der Glashülle untergebracht. Da die Auslöseelektrode 1 zweckmässig aus Kupfer besteht, wird sie mit dem Glaskörper 4 durch eine Verschmelzung 5 verbunden.
Der Glaskörper enthält einen doppelten Fuss 6. Der Aussenring 7 des Fusses trägt eirgesehmolzene Stützen 9, die sich in das Innere der Auslöseelektrode erstrecken und eine Anodenwerdel 10 aus verhältnismässig dünnem Draht tragen. Diese wird zweckmässig so angeordnet, dass sie koaxial zur Auslöseelektrode liegt. Die Anode besitzt eine Herausführung 11.
Der mittlere Teil 1'2 des Fusses 6 trägt eine Glühkathode 14, die über die Drähte 2J geheizt wird, und eine Steuerelektrode 16, die sieh entweder in der Nähe oder direkt in der Bahn der Elektronen befindet, die von der Kathode 14 ausgehen. Die Steuerelektrode 16 ist im vorliegenden Fall als Kappe ausgebildet, die eine axiale Öffnurg 17 für den Durchgarg der Elektroren aufweist. Auch die Steuerelektrode besitzt eine Herausführurg 19. Die Stützen 9 tragen eine Auodenscheibe 20, die ebenfalls eine axiale Öffnung hat. wobei die Öffnurgen in der Anodenscheibe und in der Steuerelektrode in eirer Flucht liegen.
Die Anodenscheibe 20, die Steuerelektrode 16 und die Kathode 14 bilden ein Strahlerzeugungssystem, das Elektronen in den Raum der Auslöseelektrode hineinschiesst bzw. in den Raum, der von der Anode umgeben ist. Es braucht jedoch nur ein ausserordentlich schwacher Elektronenstrom hier erzeugt werden. Bei einer 10-kW-Röhre z. B. genügt ein Elektronenstrom von 2-4 ml.
Die innere Oberfläche 23 der Auslöseelektrode wird während der EntlüftuI1g mit einer Aluminiumschicht versehen.
Fig. 3 zeigt eine Schaltung der Röhre. Die Anode 9, 10, 20 liegt am positiven Ende einer Anodenspannungsquelle 21 von z. B. 50. 000 Volt, deren negative Seite geerdet ist. Die Spannungsquelle kann durch einen Kondensator 22 überbrückt sein. Die Auslöseelektrode 1 ist mit einem abgestimmten Kreis verbunden, der aus einer Spule 24 und einer veränderlichen Kapazität 25 besteht. Das gegen-
EMI2.2
Anode und Auslöseelektrode liegt.
Die Kathode 14 wird in beliebiger Weise geheizt urd die Steuerelektrode durch eine Vorspannungsquelle 26 auf ein geeignetes Potential gebracht. Die Röhre beginnt nach dem Einschalten von selbst zu schwingen und kann als Senderöhre benutzt werden, wenn z. B. bei 27 eine Antenne argekoppelt wird. Der Ausgang kann in beliebiger Weise getastet werden und der Kathodenstrahl bewirkt ein schnelles Einsetzen der Schwingungen.
Ein Paar dieser Röhren kann in Gegentaktanordnung für Verstärkungszwecke nach Fig. 4 benutzt werden. Die Auslöseelektroden 1 der beiden Röhren sind über einen Resonanzkreis 32 gekoppelt, dessen Mittelpunkt 34 geerdet ist. Ein Ausgangskreis Ja ist mit diesem Kreis gekoppelt. Die Anoden der beiden Röhren sind miteinander verbunden und liegen an der Anodenspannungsquelle 21. Die Steuerelektroden 16 sind über zwei Hochfrequenzdrosseln, 36 verburden, deren Verbindungspunkt über eine Vorspannungseinrichtung 37 geerdet ist. Die Eii ; gargsspannung wird über einen Kondensator 39 zugeführt. Die beiden Gitter werden ausserdem mit Hochfrequenz von einem Sehwingungserzeuger 40 gespeist, u. zw. über die Kondensatoren 41.
Die Glühkathode sind ebenfalls zweckmässig verbunden und ihr Mittelpunkt ist geerdet. Als Oszillator 40 kann wiederum ein Schwingurgserzeuger mit Ver- vielfacherröhre verwendet werden.
Zum besseren Verständnis der erfindungsgemässen Schaltung wird zunächst die Arbeitsweise der Röhre nach dem in früheren Anmeldungen beschriebenen Verfahren erklärt, bei dem die Laufzeit der Elektronen in der Röhre etwa eine Periode der angelegten Wechselspannung beträgt. Es ist dazu nur notwendig, entweder das Anodenpotential oder die Abstimmung des Resonanzkreises zwischen Anode und Auslöseelektrode so einzustellen, dass die Laufzeit eines Elektrons von einer Seite der Auslöseelektrode zur andern eine oder mehrere vollständige Perioden beträgt. Es sei argenommen, dass einige Elektronen von irgendeinem Punkt der Auslöseelektrode ausgehen, z. B. infolge des Auftreffens eines freien Elektron. Diese Elektronen werden nach der Anode zu beschleunigt und benötigen etwa die Zeit einer halben Schwingung, um diesen Punkt zu erreichen.
Ist die Phase des in dem Sehwingungskreis erzeugten Spannungsabfalls richtig, so ändert die Spannung ihr Vorzeichen, wenn die Elektronen die Anodenwendel durchflogen haben, so dass die Elektronen auch während des Restes ihres Weges beschleunigt werden und beim Auftreffen auf die gegenüberliegende Elektrodenfläche Sekundärelektronen auslösen. Diese Elektronen, deren Zahl grösser ist als die der auftreffenden Elektronen, nehmen wieder ihren Weg durch die Mitte der Röhre nach der gegenüberliegenden Seite hin.
In der dargestellten Röhre nimmt die Anode einen beträchtlichen Raum im Innern der Auslöseelektrode ein. Bei einer solchen Anordnung arbeitet der Vervielfaeher mit verhältnismässig schlechtem Wirkungsgrad, wenn die Laufzeit der Elektronen etwa gleich einer Schwingungsperiode ist. Da die Elektronen sich während des grössten Teiles der Zeit in einem feldfreien Raum befinden, sind die
<Desc/Clms Page number 3>
Bedingungen für eine wirksame Beschleunigung ungünstig, da nur am Anfang und am Ende der Bahn eine Beschleunigung stattfinden kann.
Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass die Vervielfachung nicht zeitlich begrenzt ist. Es stellt sieh schliesslich ein Gleichgewichtszustand ein, bei dem die Raumladung eine lineare Verstärkung verhindert.
Es ist daher zweckmässig, gemäss der Erfindung die Laufzeit der Elektronen kurz im Vergleich zu der Periode der Schwirgung zu machen. Die Vervielfachung beginnt dann, wenn die Auslöseelektrode ihr maximales negatives Potential hat, so dass sie während jedes folgenden Hin-und Herganges der
Elektronen weniger negativ wird. Ein bei maximalem negativem Potential von der Auslöseelektrode ausgehendes Elektron wird also durch die Anodenspannung und das während der Flugzeit ansteigende
Wechselpotential beschleunigt und durchläuft den feldfreien Raum. Beim Austritt aus demselben tritt es zwar in ein Bremsfeld ein, da die Auslöseelektrode gegen die Anode negativ ist. Da die Auslöse- elektrode aber inzwischen positiver geworden ist, trifft das Elektron dennoch mit einer zur Auslösung von Sekundärelektronen hinreichenden Geschwindigkeit auf die Auslöseelektrode.
Die Vervielfachung hört auf, wenn die Auslöseelektrode ihr grösstes Potential besitzt. In der darauffolgenden Zeit werden die Elektronen von der Anode gesammelt. Der gute Wirkungsgrad bei dieser Art des Betriebes ist dem Umstand zuzuschreiben, dass der Strom in Innern der Röhre einen beträchtlichen Wert nur in dem Augenblick aufweist, wenn die Auslöseelektrode und die Anode annähernd die gleiche Spannung besitzen. Ein Vervielfacher dieser Art besteht zweckmässig aus einer axialen Anode und einer die Anode umgebenden zylindrischen Auslöseelektrode.
Bei einer derartigen Röhre werden daher an allen Punkten der Oberfläche der Auslöseelektrode Elektronen ausgelöst, die sich auf radialen Bahnen in allen Richtungen durch den Anodenraum bewegen und sich in diesem Raum kreuzen und auf die gegenüberliegende Seite der Auslöseelektrode zu bewegen.
Da jedoch die Anode nicht geradlinig ist, sondern in der Mitte des Zylinders einen grösseren Raum umschliesst, werden die Elektronen nicht in genau radialen oder diametralen Bahnen wandern, sondern in Bahnen, die tangential zu einem Kreis liegen, dessen Radius gleich dem Abstand der Bahn von der Röhrenachse in diesem Punkt ist. Da die Anode verhältnismässig weitmaschig ist, stört sie den Durchgang der Elektronen nicht wesentlich, und es entstehen Schwingungen in der Röhre, bis ein Gleichgewichtspunkt erreicht ist.
Diese Zweielektrodenröhre unterscheidet sich von der früher vorgeschlagenen Dreielektrodenröhre dadurch, dass sie der Gleichstromquelle nur einmal während jeder Schwirgung Energie entnimmt, während bei der Dreielektrodenröhre dieses zweimal währerd jeder Schwingung erfolgt.
Die Anbringung des Strahlerzeugungssystems bei einer solchen Röhre ermöglicht es, den Schwingungsvorgang und die Vervielfachung in der Röhre zu steuern. Wenn z. B. die Röhre als Oszillator benutzt wird, so verbessert ein Kathodenstrahl von 1 oder 2 m. 4 den Betrieb und macht ihn stabiler, da die Schwingungen nicht nur durch die zufällig anwesenden Elektronen im Innern der Röhre aufgebaut werden. Die Anode des Strahlerzeugungssystem ist direkt mit der Vervielfacheranode verbunden und hat dasselbe Potential. Es sind daher keine weiteren Zuführungen oder Spannungsquellen erforderlich und die Tatsache, dass der Vervielfachurgsteil der Röhre als geradliniger Vervielfacher arbeiten kann, macht diese Vorrichtung besonders wertvoll für Kraftverstärkung, wie dies im Zusammenhang mit Fig. 4 beschrieben ist.
Die Röhre kann auch durch Steuerung des Kathodenstrahlstromes moduliert werden.
Arbeitet die Röhre als Verstärker, so wird die Frequenz des abgestimmten Kreises 32 so eingestellt, dass die Röhren ohne Vorhandensein eines Strahlstromes keine Schwingungen aufrechterhalten können, d. h. die Vervielfachung während einer halben Periode genügt nicht, um einen hinreichenden Strom in dieser Zeit zu erzeugen. In diesem Zustand wirken die Röhren als ausserordentlich empfindliche Verstärker, so dass der Ausgangsstrom der Röhre direkt proportional dem Strahlstrom ist.
Die hochfrequente Ausgangsenergie ist ebenfalls proportional dem Strahlstrom, und da der Strom der Röhre sich von dem Wert des Strahlstroms bis auf den endgültigen Wert während jeder Periode aufschaukelt, liegen die Bedingungen für einen Hochfrequenzverstärker vor. Wird der Strahlstrom durch die Steuerelektrode von einem Steueroszillator gesteuert, so kann die Röhre als Kraftverstärker dienen. Der Ausgang des Verstärkers kann ferner dadurch moduliert werden, dass die mittlere Vorspannung der Steuerelektrode gleichzeitig moduliert wird. Die Röhre kann dann z. B. zum Aussenden von durch Sprache oder Bildimpulse modulierter Hochfrequenz benutzt werden. Es kann auch irgendeine Modulation, deren Frequenz von der des Schwingungserzeugers 40 abweicht, einem Gitter der Röhre aufgedrückt werden.
In Fig. 1 ist eine Kühlung der Auslöseelektrode gezeigt, da bei dieser Art von Röhren nur die Auslöseelektrode sich infolge des Elektronenaufpralls erhitzt. Da die meisten Oberflächen, die einen guten Sekundäremissionsfaktor zeigen, verhältnismässig empfindliche Materialien sind, ist es zweckmässig, beim Betrieb zu hohe Temperaturen zu vermeiden.
Die dargestellte Röhre lässt sich in besonders einfacher Weise durch Anbringung eines Mantels 42 kühlen, der eine Kammer 44 bildet, durch welche eine Kühlflüssigkeit während des Betriebes geleitet wird. Aus konstruktiven Gründen ist es wesentlich vorteilhafter, die Auslöseelektrode einer Röhre
<Desc/Clms Page number 4>
dieser Art zu kühlen, als die Anode einer Kraftverstärkerröhre üblicher Art, da es nicht notwendig ist, eine Isolierung für das hohe Anodenpotential anzubringen. Die Windungen der Abstimm- induktivität 32 können hohl ausgeführt sein und als Zuleitungen für die Flüssigkeit dienen, so dass jede Isolation entfällt und die Flüssigkeit an dem Mittelpunkt 34 zu-und weggeleitet wird.
Da das Strahlerzeugungssystem nur eine Hilfseinriehtung ist, die die Wirkungsweise des Vervielfacher verbessert, ist die Erfindung nicht auf die Röhren beschränkt, die ein solches Strahlerzeugungssystem enthalten. Es bietet sich eine grosse Anzahl anderer Wege, die Ausgangsenergie eines solchen Schwingungserzeugers zu steuern, und es sind auch andere Wege möglich, um Elektronen in den Innenraum der Röhre einzuführen. Es kann z. B. durch das Glasende der Röhre Licht eingelassen werden, und die wirksame Fläche der Auslöseelektrode ist dann so behandelt, dass sie photoelektrisch ist. Die Photoelektronen werden benutzt, um die Ausgangsenergie der als Verstärker arbeitenden Röhre zu steuern. In diesem Falle dient die Röhre als Lichtmodulator.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Schaltung zur Erzeugung von Schwingungen, zur Verstärkung oder zur Modulation unter Benutzung einer dynamischen Sekundärelektronenröhre, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Anode und Auslöseelektrode ausser einer Gleichspannung eine Weehselspannung liegt, deren Schwingungdauer lang ist gegen die Laufzeit der Sekundärelektronen in der Röhre.