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Zwischenelektrode in Glühkathodenröhren.
In Röhren mit Glühkathode werden häufig in den Entladungsraum durchbrochene Zwischenelektroden eingeführt, welche'entweder zum Steuern des Anodenstromes dienen (sogenanntes Hilf5netz), oder das Feld zwischen den Elektroden irgendwie elektrostatisch beeinflussen sollen (z. B. Spannungsnetz, Anodenschutznetz). Ist in den Röhren ein genügend hohes Vakuum vorhanden, so fliesst von diesen Zwischenelektroden nur dann ein merklicher Strom ab, wenn diese positiv gegen die Kathode aufgeladen sind.
Die Erfindung bezieht sich nun auf eine besondere Ausbildung der Form solcher Zwischenelektroden, Welche während des Betriebes dauernd oder in einer gewissen Phase des elektrischen Vorganges positives Potential gegen die Glühkathode besitzen ; die neue Form bietet den bisher bekannten Ausführungsformen gegenüber ganz wesentliche Vorteile.
Da der Wirkungsgrad einer elektrischen Entladungsröhre hauptsächlich durch die Grösse des von der Anode abfliessenden Stromes (bzw. Wechselstromes) bestimmt ist, ist es ohne weiteres klar, dass der von den Zwischenelektroden abgefangene Strom für die Verstärker- (bzw. Gleichrichter-oder schwingungserzeugende) Wirkung einer Glühkathodenröhre verloren geht. Es ist daher notwendig, die Zwischenelektroden so zu bauen, dass sie einen möglichst geringen Teil des hindurchtretenden Elektronenstromes abfangen. Diese Aufgabe hat man in Fällen, wo es nicht tunlich war, die betreffende Zwischenelektrode auf dauernd negativem Potential gegen die Kathode zu belassen, bisher dadurch zu lösen versucht, dass man den Körper einer derartigen Zwischenelektrode aus dünnen Drähten herstellte, welche beispielsweise auf Glasrähmchen aufgewickelt waren.
Mit dieser Ausbildung der Elektroden ist jedoch ein Nachteil verbunden, den man bisher nicht beachtet hat. Zur Festlegung der Begriffe möge im Folgenden zunächst der
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durch das ihr aufgeprägte positive Potential die Raumladungswirkung der Elektronen aufheben und somit die scharfe Steuerung grösserer Elektronenmengen ermöglichen soll. In diesem Falle besteht sowohl zwischen Kathode und Raumladungsnetz als auch zwischen diesem und dem Hilfsgitter ein Feld, welches die Elektronen nach dem Raumladungsnetz hinzuziehen strebt.
Es genügt also nicht, dafür zu sorgen, dass die Elektronen, welche nach der Anode gelangen sollen, bei ihrem erstmaligen Durchgange nicht auf den Gitterkörper des Raumladungsnetzes auftreffen ; vielmehr ist auch jede stärkere Ablenkung (Streuung) der Elektronen beim Durchgang durch das Netz zu vermeiden, da nach dem Energiesatz jeder durch Ablenkung gewonnenen seitlichen Geschwindigkeit ein Verlust an Geschwindigkeit in der Xormalrichtung entspricht, welcher leicht so gross sein kann, dass das betreffende Elektron von dem rückwärts gerichteten Feld ergriffen und beim zweiten oder dritten Durchgang an dem Gitterkörper des Raumladungsnetzes entladen wird. Nun ist bei dünnen Drähten das Streufeld ausserordentlich stark, da in unmittelbarer Nähe solcher Drähte die Kraftlinien von allen Seiten zusammenlaufen.
Die Vorteile, welche dünne Drähte in bezug auf abfangende Wirkung bieten, werden also durch ihre streuende Wirkung zum Teil wieder vernichtet. Und selbst wenn durch das von der Anode durchgreifende Feld dafür gesorgt wird, dass auch der grösste Teil der abgelenkten Elektronen das Hilfsgitter passiert und zur Anode übergeht, so wird doch die Schärfe des Stromanstieges bei wechselnden Gitterpotentialen durch diese Ablenkung stark verwischt, wodurch besonders in Verstärkerröhren und verstärkenden Gleichrichterröhren (Richtverstärkern) die Wirkung des Raumladungsnetzes fast illusorisch gemacht werden kann.
Als weitere sekundäre Nachteile dünndrähtiger Gitterkörper für das Raumladungsnetz kommen dann noch folgende in Betracht : Infolge der Streufelder um jeden einzelnen Draht ist das Potential in der Mitte zwischen den Drähten erheblich niedriger als an den Drähten selbst ; infolgedessen muss das Potential des Gitter körpers selbst unter Umständen noch erheblich höher gewählt werden als das Potential, welches in der betreffenden Fläche an sich zur Aufhebung der Raumladung notwendig war. Damit ist wieder eine stärkere Streuung, mithin eine stärkere Entladung der Elektronen an das Raumladungsnetz verbunden.
Endlich können sich bei sehr dünndrähtigen Gebilden infolge der abgelenkten und die Drähte eines
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welche die Wirkung der positiven dort angesammelten Ladungen zum Teil aufheben, woraus sich die Notwendigkeit einer weiteren Erhöhung des Potentials am Gitterkörper ergibt.
In Fällen, wo hinter der Zwischenelektrode ein die Elektronen beschleunigendes Feld vorhanden ist, kommt die Entladung von abgelenkten Elektronen an die positiv geladene
Zwischenelektrode nicht in Betracht. Doch spielt auch hier die Streuung an den Gitterdrähten immer eine sehr schädliche Rolle, indem z. B. beim Hilfsnetz die Schärfe der
Steuerung verwischt, beim Anodenschutznetz die elektrostatische abschirmende Wirkung herabgesetzt wird, so dass'auch hier die Verwendung von dünndrähtigen Gebilden nachteilig ist. Ausserdem sei darauf hingewiesen, dass, besonders in Schwingungsröhren, auch der Fall vorkommen kann, dass die Hilfselektrode ein stärker positives Potential gegen die Kathode besitzt als die dahinter liegende Elektrode (Anode).
In solchen Fällen bedeutet eine starke
Streuung an der Hilfselektrode geradezu einen Stromverlust für die Anode, was nach dem oben Gesagten ohne weiteres verständlich sein wird.
Gemäss der Erfindung werden nun in derartigen Fällen die elektrostatischen Vorteile massiver Elektroden mit den geometrischen Vorteilen dünner Drahtkörpergebilde dadurch vereinigt, dass den materiellen Teilen der Zwischenelektroden in der Fläche der Elektrode ein sehr kleiner Querschnitt gegeben wird, während sie senkrecht dazu eine ziemlich grosse Ausdehnung besitzen. Die materiellen Teile der Elektrode können dementsprechend aus hochkant zur Elektrodenfläche stehenden Blechstreifen bestehen, die zweckmässig zu einem gitter-, kreuzfach-oder wabenförmigen Gebilde angeordnet sind. Wenn z. B. die Dicke der zu verwendenden Bleche auf ein bis zwei Zehntelmillimeter beschränkt wird, was keine besonderen Schwierigkeiten bietet, ist hierdurch die abfangende Wirkung der Elektrode auf ein Mindestmass beschränkt, während durch genügende Breite der Streifen (z.
B. einhalb bis mehrere Millimeter) für hinreichende elektrostatische Wirkung gesorgt werden kann. Eine besonders einfache Form für Elektroden der geschilderten Art ist folgende : Ein dünnes Blech wird in dem ganzen Bereich, welcher für die Wirkung als Zwischenelektrode in Frage kommt, mit parallelen Schlitzen versehen, zwischen denen verhältnismässig breite Stege, beispielsweise von etwa ein Millimeter Breite, stehen bleiben. Durch Drehung um 900 werden diese Stege nachträglich senkrecht zur Gitterfläche eingestellt. Wird, wie es besonders für das Raumladungsnetz günstig ist, für die Elektrode eine zylindrische Form gewählt, so wird natürlich die Richtung der Schlitze parallel zur Achse des Zylinders sein müssen.
Eine Glühkathodenröhre mit einem derart ausgebildeten Spannungs-oder Raumladungsnetz und einem in gleicher Weise ausgebildeten Hilfsnetz ist in der Zeichnung in Fig. I in perspektivischer Ansicht dargestellt. Fig. 2 ist ein Querschnitt durch die ganze Elektrodenanordnung. Die Fig. 3 und 4 zeigen das Hilfsnetz und das Raumladungsnetz für sich allein in axialen Schnitten.
Die Glühkathode k ist tin mit Hilfe einer Feder f gespannter Draht. Sie ist von drei konzentrischen Zylindern umgeben, deren innerster das Spannungs-oder Raumladungs- netz r darstellt, auf dieses folgt das Hilfsnetz k und der äussere Zylinder ist die Anode a. Raumladungsnetz r und Hilfsnetz h bestehen je aus einem einzigen Stück Blech, in welches parallele Schlitze s eingestanzt sind. Die zwischen den Schlitzen s stehen gebliebenen verhältnismässig breiten Stege t sind nachträglich durch Schränken senkrecht zur Blechebene gestellt, wie aus den Fig. 2 bis 4 ersichtlich ist. Hierauf sind die geschlitzten Bleche in zylindrische Form gebogen, und zwar derart, dass die Schlitze und Stege parallel zur Zylinderachse verlaufen.
PATENT-ANSPRÜCHE ; t. Durchbrochene Zwischenelektrode für Glühkathodenröhren, welche dauernd oder während bestimmter Phasen des Betriebes ein positives Potential gegen die Glühkathode aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die materiellen Teile der Elektrode senkrecht zu deren Fläche eine Ausdehnung besitzen, die wesentlich grösser ist, als die Breite dieser Teile
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Intermediate electrode in hot cathode tubes.
In tubes with a hot cathode, perforated intermediate electrodes are often inserted into the discharge space, which either serve to control the anode current (so-called auxiliary network) or somehow influence the field between the electrodes electrostatically (e.g. voltage network, anode protection network). If there is a sufficiently high vacuum in the tubes, a noticeable current flows from these intermediate electrodes only when they are positively charged towards the cathode.
The invention now relates to a special design of the shape of such intermediate electrodes, which during operation or in a certain phase of the electrical process have a positive potential against the hot cathode; the new shape offers significant advantages over the previously known embodiments.
Since the efficiency of an electric discharge tube is mainly determined by the size of the current (or alternating current) flowing from the anode, it is readily apparent that the current intercepted by the intermediate electrodes is responsible for the amplifier (or rectifier or vibration-generating) effect a hot cathode tube is lost. It is therefore necessary to build the intermediate electrodes in such a way that they intercept as little as possible of the electron flow passing through. In cases where it was not feasible to leave the relevant intermediate electrode at a permanently negative potential with respect to the cathode, attempts have so far been made by making the body of such an intermediate electrode from thin wires which, for example, were wound onto small glass frames .
However, there is a disadvantage associated with this design of the electrodes which has not been taken into account so far. To define the terms in the following, the
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through the positive potential imposed on it, the space charge effect of the electrons should be canceled and thus the precise control of larger quantities of electrons should be possible. In this case there is a field between the cathode and the space charge network as well as between the latter and the auxiliary grid, which tends to attract the electrons to the space charge network.
It is therefore not sufficient to ensure that the electrons which are supposed to reach the anode do not hit the lattice body of the space charge network when they pass through for the first time; Rather, any stronger deflection (scattering) of the electrons when passing through the network is to be avoided, since according to the law of energy, every lateral speed obtained by deflection corresponds to a loss of speed in the normal direction, which can easily be so great that the electron in question is the backward field is taken and discharged on the second or third pass on the grid body of the space charge network. With thin wires, the stray field is extremely strong, since the lines of force converge from all sides in the immediate vicinity of such wires.
The advantages that thin wires offer with regard to the intercepting effect are thus partly destroyed again by their scattering effect. And even if the field penetrating from the anode ensures that the majority of the deflected electrons pass the auxiliary grid and pass to the anode, the sharpness of the current increase with changing grid potentials is strongly blurred by this deflection, which is particularly important in amplifier tubes and amplifying rectifier tubes (directional amplifiers) the effect of the space charge network can be made almost illusory.
The following can be considered as further secondary disadvantages of thin-wire grid bodies for the space charge network: As a result of the stray fields around each individual wire, the potential in the middle between the wires is considerably lower than on the wires themselves; As a result, the potential of the lattice body itself may have to be chosen to be considerably higher than the potential that was necessary in the area in question to cancel the space charge. This again results in a stronger scattering, and consequently a stronger discharge of the electrons to the space charge network.
Finally, in the case of very thin-wire structures, as a result of the deflected and the wires, a
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which partially cancel the effect of the positive charges accumulated there, resulting in the necessity of a further increase in the potential at the grid body.
In cases where there is a field behind the intermediate electrode that accelerates the electrons, the discharge of deflected electrons comes to the positively charged one
Intermediate electrode not considered. But here, too, the scattering on the grid wires always plays a very damaging role. B. the sharpness of the auxiliary network
Control is blurred, the electrostatic shielding effect is reduced in the anode protection net, so that here too the use of thin-wire structures is disadvantageous. It should also be pointed out that, particularly in vibration tubes, it can also happen that the auxiliary electrode has a more positive potential towards the cathode than the electrode (anode) behind it.
In such cases means a strong
Scattering on the auxiliary electrode results in a loss of current for the anode, which is easily understandable after what has been said above.
According to the invention, in such cases, the electrostatic advantages of solid electrodes are combined with the geometric advantages of thin wire body structures in that the material parts of the intermediate electrodes are given a very small cross-section in the surface of the electrode, while they have a fairly large extension perpendicular to it. The material parts of the electrode can accordingly consist of sheet metal strips standing on edge to the electrode surface, which are expediently arranged in a lattice, cross-ply or honeycomb structure. If z. B. the thickness of the metal sheets to be used is limited to one to two tenths of a millimeter, which does not present any particular difficulties, the intercepting effect of the electrode is limited to a minimum, while sufficient width of the strips (e.g.
B. one half to several millimeters) can be provided for a sufficient electrostatic effect. A particularly simple form for electrodes of the type described is as follows: A thin sheet metal is provided with parallel slots in the entire area which can be used as an intermediate electrode, between which there are relatively wide webs, for example about one millimeter wide stay. By turning it by 900, these bars are subsequently set perpendicular to the grid surface. If, as is particularly favorable for the space charge network, a cylindrical shape is chosen for the electrode, then of course the direction of the slots will have to be parallel to the axis of the cylinder.
A hot cathode tube with a voltage or space charge network constructed in this way and an auxiliary network constructed in the same way is shown in perspective view in the drawing in FIG. Fig. 2 is a cross section through the entire electrode assembly. 3 and 4 show the auxiliary network and the space charge network by themselves in axial sections.
The hot cathode k is tin wire tensioned with the aid of a spring f. It is surrounded by three concentric cylinders, the innermost of which represents the voltage or space charge network r, followed by the auxiliary network k and the outer cylinder is the anode a. Space charge net r and auxiliary net h each consist of a single piece of sheet metal into which parallel slots s are punched. The relatively wide webs t that remained between the slots s are subsequently set perpendicular to the plane of the sheet metal by cabinets, as can be seen from FIGS. 2 to 4. The slotted sheets are then bent into a cylindrical shape in such a way that the slots and webs run parallel to the cylinder axis.
PATENT CLAIMS; t. Opened intermediate electrode for hot cathode tubes, which has a positive potential against the hot cathode continuously or during certain phases of operation, characterized in that the material parts of the electrode perpendicular to its surface have an extension that is significantly greater than the width of these parts
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