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Vorrichtung zur Verstärkung kleiner Spannungen mit einer elektrischen Entladungsröhre
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Eine erfindungsgemässe Vorrichtung enthält eine elektrische Entladungsröhre, in der zwei Elektronenbündel sich innerhalb einer Elektrode kreuzen und in der die gegenseitige Anordnung der beiden Entladungsstrecken derart gewählt ist, dass das gesteuerte Bündel vom Potentialminimum des steuernden Bündels beeinflusst wird. Hiebei arbeitet das gesteuerte Bündel und/oder das Steuerbündel im Anlaufstromgebiet.
Im allgemeinen wird das Steuerbündel selbst von einem Gitter gesteuert.
Wenn das gesteuerte Bündel nicht zu breit ist, so ist die das gesteuerte Bündel beeinflussende Steuerspannung über den ganzen Schnitt praktisch gleichbleibend, da im Potentialminimum das Potential nur wenig vom Orte abhängt. Das gesteuerte Bündel wird also von einer einzigen Steuerspannung beeinflusst, so dass die Modulierbarkeit den gleichen Wert wie bei einer Diode
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Wie bei jeder Steuerung mit Hilfe eines kreuzenden Bündels soll dafür Sorge getragen werden, dass das gesteuerte Bündel keine Elektronen aus der Raumladung des Steuerbündels wegfangen kann. Dies ist erzielbar, wenn in erster Linie dafür gesorgt wird, dass die Elektronengeschwindigkeit des Steuerbündels in der Raumladung gross ist, z.
B. indem zwischen der Kathode, von der das Steuerbündel ausgeht, und der Elektrode, in der die Beeinflussung stattfindet, eine Elektrode mit positivem Potential angeordnet ist oder indem die erstgenannte Elektrode selbst auf ein hohes Potential gebracht wird. Weiter soll das gesteuerte Bündel mit der zugehörigen Elektrode in der Richtung, in der sich das Steuerbündel bewegt, keine grossen Abmessungen haben.
Wenn das Steuerbündel von einer Kathode ausgeht, die im Anlaufstromgebiet arbeitet, kann in diesem Falle eine Einstellung genügen, die nur eine verhältnismässig kleine Modulierbarkeit aufweist, da die Steuerung mit sich kreuzenden Bündeln einen günstigen Einfluss auf die Modulierbarkeit hat. Es hat besondere Vorteile, den Strom des Steuerbündels um wenigstens eine Grössenordnung grösser als den Strom des gesteuerten Bündels zu wählen. Ein Mittel hiezu ist die Anordnung eines Elektronenvervielfachers zwischen einer
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Kathode, von der das Steuerbündel ausgeht, und der Elektrode, innerhalb deren die Steuerung erfolgt. Der Ausgangsstrom dieses Vervielfachers kann leicht so gross werden, dass auch bei sehr ? kurzen Abständen eine hinreichende Raumladung entsteht.
Da die Kathode im Anlaufstromgebiet arbeitet, hat man hier trotzdem eine hohe Modulationsleistung, da diese durch die Vervielfachung nicht verlorengeht.
Wenn das gesteuerte Bündel von einer Kathode ausgeht, die im Anlaufstromgebiet arbeitet, so ist es vorteilhaft, den Strom nach der Steuerung mit Hilfe eines Elektronenvervielfachers zu vervielfachen.
Mit einer Röhre, die sowohl für den Steuerstrom als auch für den gesteuerten Strom mit einem Elektronenvervielfacher versehen ist, können, wie aus dem Obengeschilderten klar sein wird, ganz beträchtliche Verstärkungen erzielt werden.
Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der Fig. 1 den schematischen Aufbau im allgemeinen und Fig. 2 den einer erprobten beispielsweisen Ausführungsform des Elektrodensystems einer für die erfindungsgemässe Vorrichtung bestimmten Röhre, schliesslich Fig. 3 in einem Anodenstrom-Steuerspannungs-Diagramm, die bei einer Vorrichtung nach Fig. 3 erzielten Messergebnisse, darstellt.
In Fig. 1 ist die Kathode 1 teilweise von einem Schirm 2 umgeben, der als Steuergitter dient.
3 ist eine gitterförmige Elektrode mit einer schirmförmigen Verlängerung ; diese Elektrode dient als Schirmgitter. Die hohle Elektrode 4 ist die Anode dieses Systems. Am auffangenden Teil der Elektrode 4 sind Querwände 5 angebracht, um etwaige Sekundäremission zu verhüten. Neben der Anode 4 befindet sich eine zweite Kathode 6, die von zwei Elektroden 7 und 8 umgeben ist.
Die Anode 4 hat eine Eintrittsöffnung 9 und eine Austrittsöffnung 10. Hinter der Austrittsöffnung 10 sind die Sekundäremissionselektroden 11, 12 und l. ? und eine Auffangelektrode 14 angeordnet.
Von der Kathode 1 aus geht ein grosser Strom, der innerhalb der Elektrode 4 eine Raumladung
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gesteuert. Von der Kathode 6 aus geht nur ein kleiner Strom und dieser-das gesteuerte Bündel-wird von der Raumladung innerhalb der Elektrode 4 gesteuert. Das aus der Öffnung 10 tretende Elektronenbündel, das von der Kathode 6 herrührt, wird an den Sekundäremissionselektroden 11, 12 und 13 vervielfacht und schliesslich bei 14 an der Ausgangselektrode aufgefangen.
Der von der Kathode 1 ausgehende Strom kann sich z. B. bei einer Änderung der Steuerspannung des Gitters 2 von nur 1 V zwischen 30 und 40 mA ändern. Die Änderung im Minimum des Potentials der Raumladung kann bei passender Wahl der Abmessungen der Elektrode 4 sogar 10 V betragen. Der von der Kathode 6 ausgehende Strom kann sich bei einer Änderung im Steuerpotentialminimum von etwa 0,1 V, z. B. von 10 bis 20 mA, ändern. Um also letztere Änderung hervorzurufen, ist am Gitter 2 nur eine Spannungsänderung von 0,01 V erforderlich. Die relative Steilheit dieses Systems beträgt also annäherungsweise
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ein Wert, der also wesentlich höher ist, als mit normalen Verstärkerröhren erzielbar.
Fig. 2 zeigt nun als Ausführungsbeispiel den
Schnitt durch eine spezielle Anordnung des
Elektroden-Aufbaues, wie er sich in einer Ver- suchsröhre besonders bewährt hat.
Die längliche Kathode 1 des Steuerbündels ist nur an der der käfigförmigen Elektrode 4 zu- gekehrten hohlen Seite mit emittierenden Oxyden bedeckt. Das Steuergitter 2 ist in derselben
Richtung wie die Kathodenoberfläche gebogen, die Drähte dieses Gitters sind 0,05 mm dick, während ihr Mittelpunktsabstand 0,18 mm beträgt.
Die aktive Oberfläche der Kathode hat eine Breite von 4 MM und eine Höhe von 16 mm. An der
Rückseite der Kathode ist ein Gitter 15 angeordnet, das mit der Kathode verbunden ist und Streu- elektronen auffangen soll. Das Schirmgitter 3 wird von Drähten mit 0,06 mm Durchmesser gebildet, die in Abständen von 0,3 mm angeordnet sind. Gegenüber dem Schirmgitter 3 befindet sich die Anode 5 für das steuernde Bündel.
An beiden Seiten einer Verengung in der käfigförmigen Elektrode 4 befinden sich die Öffnungen 9 und 10, durch welche das gesteuerte Bündel ein-und austritt.
Seitlich des Käfiges 4 befindet sich die Kathode 6 des gesteuerten Bündels. Das Gitter 16 hat hier dieselbe Funktion wie das Gitter 15 für die Kathode 1. Einige plattenförmige Elektroden 17 sind mit der Kathode verbunden zur Erzielung : eines homogenen Elektronenbündels. Die Platten 18 dienen zur Regelung der Bündelbreite beim Durchgang durch die Platten 7 und 8.
Die aktive Oberfläche der Kathode hat eine Breite von 0,6 mm und eine Länge von 6 mm. Da das J steuernde Bündel 16 mm hoch ist, wird erreicht, dass das ganze gesteuerte Bündel dieselbe Beeinflussung erhält. Die Durchtrittsöffnungen in den Platten 7 und 8 haben Abmessungen von 1, 2 X 10 mm bzw. 0, 9 X 10 mm. Mit 19 ist ein 1 Diaphragma, das der weiteren Regelung des Elektronenbündels dient, angedeutet. Zwei Drähte 20 dienen zur Beeinflussung des gesteuerten Bündels nach der Steuerung, so dass das Bündel nur auf die Anode 14 auftreffen wird und nicht 1 auf die Platten 21, welche die Streuelektronen aus dem steuernden Bündel auffangen sollen.
Dieser Auffangkäfig 21 wird durch die Platten 22 vervollständigt. Sämtliche Elektroden sind gefasst zwischen zwei Mikaplatten, welche zur Vermeidung 1 von Wandladungenmit einer Metallisierung bedeckt sind, die in der Figur gestrichelt angegeben ist.
In Fig. 3 ist angegeben, wie der Strom 114 von der Kathode 6 nach Anode 14 von der Span-
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nung V2 zwischen Kathode 1 und Steuergitter 2 abhängt. Da der Strom in logarithmischem und die Spannung in linearem Massstab aufgetragen ist, ist es klar, dass das gesteuerte Bündel im Anlaufstromgebiet zwischen 0,8 und 0,94 V arbeitet, denn in diesem Bereich ist die Stromspannungscharakteristik eine gerade. Der Strom 114 ist korrigiert für Streuelektronen aus dem steuernden Bündel, welche Korrektion weniger als 1 Mikroampere beträgt. Der Strom aus dem steuernden Bündel beträgt bei V2 = 0,76 V 8,5 mA und bei V2 = 0,94 V 9,6 mA. Das Modulationsvermögen bei einer Stromspannungscharakteristik nach Fig. 3 beträgt zwischen 0,8 und 0,94 V etwa 22 V.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Verstärkung kleiner Spannungen mit einer elektrischen Entladungsröhre, in der sich zwei Elektronenbündel in bekannter Weise innerhalb einer Elektrode kreuzen und die Spannungen in bezug auf die Anordnung der beiden Entladungsstrecken derart gewählt sind, dass das steuernde Bündel innerhalb dieser Elektrode ein Potentialminimum bildet, von welchem das gesteuerte Bündel beeinflusst wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathode, von der das gesteuerte Bündel ausgeht, im Anlaufstromgebiet arbeitet.