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Sekundätelektronenverstärker.
Die Erfindung betrifft einen Sekundärelektronenverstärker, bei dem mit einfachen Mitteln ein hoher Wirkungsgrad erreicht werden soll.
Es sind Sekundärelektronenverstärker bekanntgeworden, bei denen sich zwei Reihen von flächenhaften Elektroden gegenüberstehen und bei denen jede Elektrode ein höheres Potential als die vorangehende Nachbarelektrode besitzt. Bei diesen Anordnungen besteht zunächst der Nachteil, dass auf ein und derselben Elektrode sowohl Feldlinien der vorangehenden Stufe endigen als auch solche der nächstfolgenden Stufe beginnen. Das bedeutet, dass die auf der Elektrode ausgelösten Sekundärelektronen nicht immer ein Zugfeld vorfinden, welches sie der nächsten Verstärkungsstufe zuführt.
Es sind auch Anordnungen bekanntgeworden, bei denen zur Führung der Elektronen ein Magnetfeld vorgesehen ist, so dass diese zwischen zwei Auslöseelektroden eine etwa halbkreisförmige Bahn beschreiben. In diesem Fall wird nur die eine Reihe der Elektroden zur Auslösung von Sekundärelektronen ausgenutzt, während die gegenüberliegende Reihe lediglich zur Beschleunigung der Elektronen dient.
Um auch ohne Magnetfeld zu erreichen, dass die Primärelektronen auf die nächste Auslöseelektrode auftreffen und dass die dort ausgelösten Sekundärelektronen stets ein Zugfeld vorfinden, kann gemäss einem älteren Vorschlag eine elektronendurchlässige Zwischenelektrode, z. B. ein Netz angeordnet werden, dass etwa auf dem Potential der folgenden Auslöseelektrode liegt, so dass die Felder aufeinanderfolgender Stufen nicht mehr ineinandergreifen. Das Zugfeld der nächsten Stufe kann dann auf der vollen Fläche der Auslöseelektrode ansetzen, so dass die Sekundärelektronen mit Sicherheit abgesaugt werden.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine entsprechende Führung der Elektronen auch möglich ist, ohne dass ein Netz od. dgl. in den Weg der Elektronen gestellt zu werden braucht.
Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass seitlich der Elektronenbahn zwischen zwei Elektroden eine oder mehrere Zusatzelektroden angeordnet werden, die so ausgebildet und an ein solches Potential angeschlossen sind, dass die Elektronen bereits vor Erreichen der positiveren der beiden Elektroden eine dem Potential dieser Elektrode entsprechende Geschwindigkeit besitzen. Bei einer besonders einfachen Anordnung tritt an die Stelle einer solchen Zusatzelektrode eine Auslöseelektrode der nächsthöheren Stufe, so dass also lediglich durch geeignete Anordnung dieser Elektroden die gewünschte Feldverteilung erhalten wird.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Erklärung der Wirkung der Zusatzelektroden ist, während die Fig. 2 bis 5 einige Ausführungsbeispiele von Sekundärelektronenverstärkern darstellen.
In Fig. 1 ist mit 1 die Kathode bezeichnet, auf der die Elektronen beispielsweise durch Photoeffekt ausgelöst werden. Mit 2 ist eine Auslöseelektrode bezeichnet, die sich auf einem um 400 Volt höheren Potential befindet. Die dort ausgelösten Sekundärelektronen werden auf die Anode 5, deren Potential 800 Volt beträgt, beschleunigt und dort gesammelt. Die Anordnung ist beispielsweise drehsymmetrisch ausgebildet, so dass die Elektrode 2 einen Kegel und die Anode 5 einen Ring darstellt.
Mit 3 ist die im dargestellten Fall ebenfalls ringförmig ausgebildete Zusatzelektrode gemäss der Erfindung bezeichnet, die ein Potential von 600 Volt führt. Es stellt sich dann zwischen dem Ring 3 und
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der Auslöseelektrode 2 ein Potentialsattel von etwa 500 Volt Höhe ein. Das heisst, die von der Kathode herrührenden Elektronen durchlaufen bereits vor Erreichen der Elektrode 2 einen Bereich, in dem sie eine höhere Geschwindigkeit als 400 Volt besitzen. Unmittelbar vor dieser Elektrode findet eine geringe Abbremsung statt, die jedoch ohne Nachteil ist, da die Elektronen immer noch mit einer zur Auslösung von Sekundärelektronen im Verhältnis grösser als 1 hinreichenden Geschwindigkeit auftreffen.
Der Vorteil der beschriebenen Anordnung besteht nun darin, dass das Zugfeld für die Sekundärelektronen auf der ganzen Fläche der Auslöseelektrode 2 ansetzt. In der Zeichnung sind die den Potentialen lC0, 200,300 usw. Volt entsprechenden Niveauflächen eingezeichnet. Es sind ferner schematisch einige Elektronenbahnen angedeutet.
Fig. 2. zeigt einen mehrstufigen Verstärker, bei dem mit 0 die Kathode, mit 4, 8, 12, 16, 20 und 24 die Auslöseelektroden bezeichnet sind, die sich auf einem positiven Potential von 400 bzw. 800, 1200, 1600 usw. gegen Kathode befinden. Die Auslöseelektroden bestehen aus ebenen, senkrecht zur. Zeichenebene liegenden Platten. Jeder Auslöseelektrode ist eine stab-oder drahtförmige Zusatzelektrode 6 bzw. 10, 14, 18, 22,26 vorgelagert, die sich auf einem Potential von COO bzw. 1000,1400, 1800 usw. Volt befindet. Es stellt sich dann die dargestellte Potentialverteilung ein, wobei mit 200, 400 usw. die diesen Potentialen entsprechenden Niveauflächen bezeichnet sind. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, entsteht diesmal nicht ein Potentialsattel, sondern eine Potentialgabelung. Die Auslöseelektrode 4 befindet sieh dabei auf gleichem Potential wie die Gabellinie 400.
Die von der Kathode kommenden Elektronen besitzen also bereits beim Überschreiten der Gabellinie die volle Geschwindigkeit, mit der sie auf der Elektrode 4 auftreffen. Der zwischen beiden liegende Raum ist lediglich mit einem verhältnismässig schwachen, zur nächsten Stufe führenden Zugfeld erfüllt, welches aber auf die Primärelektronen ihrer hohen Geschwindigkeit wegen keinen nennenswerten Einfluss ausübt. Der Potentialverlauf ist praktisch der gleiche, als wenn an der Stelle der Potentiallinie'400 ein Netz angeordnet wäre. Es besteht jedoch der Vorteil, dass die durch das Netz bedingten Elektronenverluste fortfallen und dass der Aufbau einfacher ist.
Zur weiteren Vereinfachung wird man zweckmässig die Zusatzelektroden etwas ausserhalb der Reihe der Auslöseelektroden anordnen und ihnen ein noch höheres Potential erteilen, so dass sie gleiches Potential mit einer Auslöseelektrode höherer Ordnung erhalten und mit dieser leitend verbunden werden können. Dieser Fall ist in der Fig. 3 dargestellt, die eine grundsätzlich ähnliche Anordnung, jedoch mit zylindrischen Auslöseelektroden zeigt. Die Kathode 0 und die Auslöseelektroden 8 und 16 umschliessen hier die im Innern angeordneten Auslöseelektroden 4 und 12. Die Zusatzelektroden 8', 12', 16' und 20'sind als konzentrische Ringe ausgebildet und mit je einer der übrigen Elektroden verbunden.
Die Platte 20 dient als Sammelanode. Die Potentiale der Elektroden sind wie bei der Fig. 2 bereits durch die Bezugsziffern angedeutet. Das Licht wird durch eine Linse 31 auf einen konzentrisch angeordneten Kegelspiegel 32 geworfen, der es gleichmässig auf die Kathode 0 verteilt.
Fig. 4 zeigt eine weitere Abwandlung der Anordnung nach Fig. 2 im Schnitt. Die Bezugszeichen entsprechen vollständig denen der Fig. 3. Die Elektroden sind jedoch diesmal im wesentlichen eben ausgebildet, u. zw. in Form flacher, einander konzentrisch umschliessender Kreisringe mit von Stufe zu Stufe grösserem Durchmesser. Die Anordnung ist drehsymmetrisch in bezug auf die Achse AA.
Den Elektroden 4 und 8 ist an dem der Anode 20 zugewandten Rand eine gewisse Krümmung erteilt.
Hiedurch wird das Feld der auf hohem Potential befindlichen Elektroden 16'und 20'abgeschirmt. Auf die Weise werden unter flachem Winkel auf die Auslöseelektrode strebende Elektronen aufgefangen, die sonst vielleicht an der Platte vorbeifliegen würden.
Fig. 5 zeigt eine Anordnung, bei der keine zusätzlichen Elektroden erforderlich sind, sondern bei der die gewünschte Feldverteilung lediglich durch geeignete Form und Anordnung der Elektroden erreicht wird. Die Potentiale sind wiederum durch die Bezugsziffern angedeutet, u. zw. stellt 0 die Kathode dar, 4 und 8 sind Auslöseelektroden, während mit 12 die Sammelanoden bezeichnet sind. Die Elektroden können als senkrecht zur Zeichenebene stehende Säulen oder auch, abgesehen von den Elektroden 0 und 4, als sich oberhalb und unterhalb der Zeichenebene schliessende Ringe ausgebildet sein. Im ersten Fall kann die Kathode z. B. durch eine Glühkathode gebildet werden, die nur in Richtung der Elektrode 4 strahlt.
Es sind wiederum die Niveauflächen von 100 zu 100 Volt eingezeichnet, aus deren Verlauf hervorgeht, dass sich vor der Elektrode 4 ein Sattel von etwa 500 Volt und vor den Elektroden 8 ein Sattel von etwa 900 Volt einstellt. Es herrscht also wieder überall auf der Auslöseelektrode ein Zugfeld, welches die Sekundärelektronen absaugt und etwa im rechten Winkel der nächsthöheren Elektrode zuführt.
Die Anordnungen der Fig. 1 und 5 können auch dahin abgeändert werden, dass die Elektroden 2 bzw. 4 und 8 in Richtung der Elektronenquelle etwas vorgerückt werden, so dass sie genau auf dem Potentialsattel liegen. Sie werden dann in ihrer Form der Niveaufläche 500 bzw. 900 Volt angepasst und an deren Potential angeschlossen. Um die von einer Elektrode, ausgehenden Elektronen möglichst vollständig auf die nächste Auslöseelektrode zu richten, kann die Elektrode an der Austrittsstelle der Elektronen konkav nach innen gebogen werden, so dass eine Linsenwirkung eintritt. Dies ist bei der Elektrode 1-der Fig. 1 und (gestrichelt) bei der Elektrode 8 der Fig. 5 angedeutet.
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Soll eine Trägerfrequenz eingeführt werden, so wird eine der Elektroden an ein hochfrequent schwankendes Potential angeschlossen. Das Anlegen der Hochfrequenz an eine oder mehrere der Zusatzelektroden bringt dabei den Vorteil, dass die Auslöseelektroden sämtlich über einen Kondensator an Erde gelegt werden können. Dies ist zur Ableitung etwaiger Störungen erwünscht, damit diese nicht in den höheren Stufen weiter verstärkt werden. Bei auf eine der Zusatzelektroden fallenden Stromstörungen ist eine weitere Verstärkung von vornherein ausgeschlossen.
Die in der Zeichnung dargestellten Potentiale sind selbstverständlich nur als Beispiele angegeben.
Sämtliche Anordnungen werden in geeigneter Weise in ein (nicht dargestelltes) Vakuumgefäss eingebaut.
Der Sekundärelektronenverstärker gemäss der Erfindung kann auch mit einer anderen Einrichtung, z. B. einer Bildzerlegerröhre mit Sondenabtastung, in den gleichen Vakuumraum eingebaut werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Mehrstufiger Sekundärelektronenverstärker, bei dem die Führung der Elektronen durch rein elektrische Felder erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass seitlich der Elektronenbahn zwischen zwei an konstante Spannungen anzuschliessenden Elektroden (0, 4) eine oder mehrere Zusatzelektroden (6) vorgesehen sind, die gegebenenfalls auch durch Auslöseelektroden ersetzt werden können, wobei die Elektroden so ausgebildet bzw. angeordnet sind, dass bei ihrem Anschluss an die betriebsmässigen Spannungen die Elektronen bereits vor Erreichender positiveren der beiden Elektroden (4) eine dem Potential dieser Elektrode (4) entsprechende oder noch höhere Geschwindigkeit besitzen.