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Elektronenrelais zur Verstärkung elektrischer Ströme.
Die Erfindung bezieht sich auf Elektronenrelais zur Verstärkung elektrischer Energie.
Bei der gebräuchlichen Ausführungsform sind eine Heizkathode, eine Anode und eine dritte
Elektrode, die im allgemeinen als Hilfs-oder Änderungselektrode bezeichnet wird, in einer Röhre eingeschlossen, die bei einigen Anordnungen dieser Art in verschiedenem Grade evakuiert, bei anderen Anordnungen mit verschiedenen Gasen oder Dämpfen gefüllt ist.
Die übliche Art der Schaltung besteht darin, dass die Kathode und die Hilfselektrode in einem Stromkreis eingeschaltet werden, welchem die zu verstärkende Energie zugeführt wird und der gewöhnlich als Aufnahmestromkreis bezeichnet wird, während die Kathode und Anode in einem Stromkreis eingeschaltet sind, der eine Energiequelle, gewöhnlich eine Primärbatterie, enthält. In diesem Stromkreis, der gewöhnlich mit Abgabestromkreis bezeichnet wird, wird die verstärkte Energie erzeugt.
Sorgfältig angestellte Versuche mit Verstärkern dieser Art haben ergeben, dass die gegen- seitigen Stellungen und Flächenausdehnung der verschiedenen Elektroden einen bemerken werten und erheblichen Einfluss auf die Wirksamkeit, den Verstärkungsgrad sowie auf die
Spannung-und Stromcharakteristiken der Vorrichtung ausüben. Es ist bereits bekannt, die
Hilfselektrode aus einem einzigen in U-Form gebogenen Draht herzustellen und die Fadenkathode um das Gitter zu wickeln, wobei ein Oxydüberzug auf der einen oder anderen der zwei Elektroden vorhanden ist, um sie voneinander zu isolieren.
Die vorliegende Erfindung erkennt den grossen Vorteil, die Kathode und Hilfselektrode in möglichster Nähe zu einander anzuordenen, sieht jedoch ein Hilfsmittel vor, um grössere Verstärkungswirkung zu sichern. Der Erfindung gemäss sind nicht allein die Kathode und Hilfselektrode so nahe als möglich zu einander angeordnet, sondern der Hilfselektrode wird eine grosse Flächenausdehnung im Vergleich zur Kathode gegeben. Hierdurch wird der Hilfselektrode eine vollkommenere Kontrolle über den Elektronenstrom durch den Entladungsraum gegeben und die Verstärkerwirkung bzw. Leistung der Röhre erhöht.
Die Erfindung zielt darauf hin, der Hilfselektrode eine Flächenausdehnung im wesentlichen gleich jener der Anode zu geben und gleichzeitig die Kathode und Hilfselektrode in wesentlich gleicher Fläche zu halten, so dass sie der Anode eine einzige zusammengesetzte Fläche darbieten.
Eine Art, dies zu erzielen, besteht darin, dass die Hilfselektrode in Streifen oder Bruchstücke, die in einer Ebene liegen, geteilt und die Kathode aus verschiedenen Zweigen zusammengesetzt wird, die zwischen diesen Streifen oder Bruchstücken in derselben Ebene liegen.
Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die Hilfselektrode eine einzige grosse Oberfläche bilden, auf der die Kathode aufgewickelt ist. Dadurch, dass der Hilfselektrode im Vergleich zu dem durch die Kathode eingenommenen Flächenraum eine grosse Oberfläche gegeben wird, wird die Hilfselektrode befähigt, ein über den ganzen Weg des Elektronenflusses sich erstreckendes elektrostatisches Kontrollfeld zu bilden.
Um dies zu bewerkstelligen, ist es nicht notwendig, dass die Hilfselektrode gemäss der Erfindung das Umhüllungsgehäuse vollständig durchquert und dasselbe ganz ausschliesst, was beträchtliche Konstruktionsschwierigkeit ergeben würde und vermieden werden kann, wenn man die Hilfselektrode dicht an die Kathode verlegt, so dass sie in dieser Stellung die Richtung und Geschwindigkeit praktisch aller Elektronen, welche die Kathode verlassen, kontrolliert.
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Diese zwei Merkmale, nämlich die grosse Oberfläche der Hilfselektrode und die Anordnung der letzteren möglichst nahe der Kathode wirken zusammen, der Röhre genaue Übertragerfähigkeit und Verstärkerwirkung zu verleihen.'
Gemäss einem weiteren Merkmale der Erfindung ist eine wirksame Kühleinrichtung für alle Elektroden einer Röhre vorgesehen, so dass ein Überhitzen, das beim Zuführen grosser Energiemengen während einer beträchtlichen Zeit entstehen könnte, vermieden bzw. das Erwärmen auf ein Geringstmass gebracht wird.
Die oben beschriebene Anordnung eignet sich selbst vorzüglich für diese Kühlung, wie nachstehend beschrieben wird.
In den Zeichnungen ist Fig. i die perspektivische Darstellung und typische Schaltungs- anordnung eines thermionischen Verstärkers gemäss vorliegender Erfindung. bei dem die Hilfs-
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Grundriss eine Elektrodenanordnung für einen thermionischen Verstärker für starken Strom bei niedriger Spannung. Die Fig. 5 und 6 zeigen in perspektivischer Darstellung zwei verschiedene Ausführungsformen eines thermionischen Verstärkers, bei dem die Hilfselektrode und die Kathode in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind. Fig. 7 zeigt einen thermionischen Verstärker. dessen Hilfselektrode eine Platte bildet. auf welcher die Kathode gewickelt ist.
Fig. 8 zeigt jene Aus- führungsform, bei der die Hilfselektrode und Anode durch konzentrische Hülsen gebildet werden. Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform. bei der die konzentrischen Elektroden gekühlt werden können. Fig. 10 ist ein Schnitt nach der Linie 13-13 in Fig. 9. Fig. 11 und 12 zeigen Kühlanordnungen.
In den Fig. i und z ist die Hilfselektrode 1 so dicht als möglich bei der Ionisationsquelle (Heizkathode) : 3 angeordnet. Die Anode oder Platte 3 ist etwas von der Heizkathode entfernt und die Spannung, die im Abgabestromkreis der Einrichtung besteht, wird verhältnismässig hoch sein. Die Hilfselektrode 1 besteht aus einem mit sehr feinen Maschen versehenen Gitter in bekannter Weise zwischen der Kathode 2 und der Anode 3 und, da diese Verstärkertype 4 für die Abgabe eines schwachen Stromes hoher Spannung bestimmt ist, so bilden die Hilfselektroden eine fein verteilte oder feinmaschige Fläche zwischen der Kathode und der Anode.
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Fläche zu haben braucht.
Die übliche Art der Einschaltung eines solchen Verstärkers in einen Stromkreis besteht darin, die Hilfselektrode 1 und Kathode 2 an den Stromkreis dz der die ankommenden, zu verstärkenden Stromschwankungen führt, und die Kathode 2 und Anode 3 an den Stromkreis 21, in welchem die verstärkten Ströme erscheinen, zu legen. Die Batterie 22 erhitzt die Kathode bis zum Glühen und Batterie 23 liefert den Entladungsstrom für den AnodenKathodenraum.
Die Verbindungen zwischen den Elektroden und den ankommenden und abgehenden Stromkreisen können kapazitiv, direkt oder induktiv sein, etwa wie dargestellt mittels Transformatoren-14,
Andrerseits sind bei dem in den Fig. 3 und 4 dargestellten Verstärker, bei welchen starker Strom von niedriger Spannung abgegeben werden soll, die Hilfselektrode 1a und die Kathode 2a wie vorher in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet, doch ist die Hilfselektrode la weitmaschig und die Anode. 3a dicht an dieser Hilfselektrode la und an der Kathode 2a angeordnet, wodurch das durch die Hilfselektrode la zwischen der Kathode 2a und der Anode 3a dargebotene Hindernis gering ist und in Verbindung mit der grossen Nähe der Anode zur Kathode wird die Einrichtung für starken Strom bei Niederspannung geeignet.
In Fig. 5 wird die Hilfselektrode von zwei oder mehreren rechteckigen Platten oder Streifen Ic, 1e gebildet, von denen zwei elektrisch miteinander verbunden sind und mit ihren
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ist als Leitungsdraht zwischen den parallelen Seitenrändern mit der Hilfselektrode in derselben Ebene angeordnet. Die Anode besteht aus einem Paar von elektrisch miteinander verbundenen rechteckigen Platten 3c, 3c, welche auf beiden Seiten der Ebene der Kathode und der Hilfselektrode und parallel dazu angeordnet sind. Bei dieser Bauart ist die Hilfselektrode nahe der Kathode und bietet ein geringstes Hindernis zwischen der Kathode und der Anode, die eine grosse Fläche der Kathode gegenüberstellt.
In Fig. 6 hat die Hilfselektrode die Form einer Mehrzahl paralleler, elektrisch miteinander verbundener Drähte là. Die Kathode ist von einer Mehrzahl von Fäden oder Drähten 2d gebildet, wobei die verschiedenen Drähte J < , Id der Hilfselektrode zwischen den verschiedenen Drähten 2d, 2d der Kathode liegen. Diese Anordnung schafft eine grosse Fadennäche, wodurch die Nutzleistung
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schiedenen Teile der Hilfselektrode und der Kathode nahe einander gehalten. Die Anode besteht aus einem Paar elektrisch miteinander verbundener rechteckiger Platten 3d, 3d, die auf
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In den Fig. 5 und 6 sowie in den Fig. i und in anderen nachher erwähnten Figuren sind die verschiedenen Elemente der Einrichtung in einen evakuierten Behälter 4 eingeschlossen und die verschiedenen Zuleitungsdrähte sind in diesem Behälter eingedichtet.
In Fig. 7 besteht die Hilfselektrode aus einer Platte 1/. Die Kathode oder der Faden 2f ist um diese Platte gewunden und wird in richtiger Stellung durch Einschnitte 5 im Plattenrand gehalten ; die Kathode liegt gegenüber beiden Flächen der Platte 1/und die Platte ist vorteilhaft wenigstens an den Kontaktstellen der Kathode mit einem dielektrischen Überzug geeigneter Art versehen. Die Anode bildet zwei parallele Platten Jy, 3/, die auf entgegengesetzten Seiten
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nahe angeordnet, um eine Einrichtung dieser Art mit Starkstromabgabe zu erzielen. Bei dieser Konstruktion haben Hilfselektrode und die Anode grosse Oberflächen und die Flächen sind zueinander parallel.
In Fig. 8 besteht die Hilfselektrode aus einer zylindrischen Hülse lg, um welche die Kathode als erhitzter Draht 2g schraubenförmig gewunden ist. Die Oberfläche der Hülse lg ist mit einer Schraubenrille 6 versehen, in welcher die Drahtwindungen liegen und in Stellung gehalten werden.
Die Hülse 1-kann dort, wo sie der Kathodendraht berührt, mit einem geeigneten dielektrischen Überzug, beispielsweise Nickeloxyd, bekleidet sein. Die Anode hat die Form einer zylindrischen Hülse Jg. welche die Hülse lg konzentrisch umgibt. Bei dieser Ausführungsform sind ebenfalls wieder Hilfselektroden und Anoden mit grossen Oberflächen vorgesehen und deren Flächen liegen parallel zueinander.
Bei Einrichtungen der thermionischen Type kommt es zuweilen vor, dass die Hilfselektrode und Anode sowie die Wände des Behälters heiss werden. Diese Erhitzung kann besonders in Starkstromapparaten schädlich werden und das als Blaunebel (Blue haze) bekannte Phänomen hervorbringen, welches die normale Tätigkeit der Einrichtung behindert. Es wurde aber gefunden, dass, wenn der Behälter und die Elektroden durch andere bzw. äussere Kühlungsmittel gekühlt werden, die Tendenz zur Bildung dieses Blaunebels vermindert wird. In Fig. 9 und 10 enthält daher der Behälter 4 zwei konzentrische zylindrische Wände 8 und 9, die an ihren Enden geschlossen sind, um ein Umschliessungsgehäuse für die Anode 3h, die Kathode 2h und die Hilfselektrode 1h zu bilden.
Die Aussenseite der zylindrischen Wand 8 und die Innenseite der zylindrischen Wand 9 sind beide für Kühlungsmittel leicht zugänglich. Die Anode 3h ist wie in Fig. 8 zylindrisch, hat jedoch in Fig. 9 wesentlich denselben Durchmesser wie die Innenfläche der zylindrischen Wand 8, so dass in der Arbeitsstellung die Elektrode 3h durch Reibung mit der Fläche der Wand 8 in Stellung gehalten wird. Die Hilfselektrode 1h ist ebenfalls zylindrisch wie in Fig. 8, kann aber mit der inneren zylindrischen Wand 9 des Behälters 4 in Berührung treten und dadurch gehalten werden. Die Kathode 2h ist um die Hilfs- elektrode 1h gewunden.
Die Zuleitung 10 ist mit der Anode 3h, die Zuleitung 11 mit der Hilfselektrode 1h und die Zuleitungen 12 und 13 mit den entgegengesetzten Enden der Kathode 2h verbunden. Diese Zuleitungen sind durch den Behälter 4 in gebräuchlicher Weise geführt und eingedichtet und der Leiter 13 wird zwischen dem Ende der Kathode 2h durch ein
Glasrohr oder Isolator 15 geführt, welcher zwischen der Innenfläche der Wand 8 und der Anode 3h in einer Einbuchtung der letzteren angeordnet ist.
In Fig. 11 ist die eben beschriebene Einrichtung innerhalb eines Kühlmittels 20 in einem
Gefäss 21 angeordnet. Hierbei ist es natürlich, dass beide Wände beim Eintauchen durchaus gekühlt werden und das Bestreben zur Bildung des Blaunebels vermindert wird.
In Fig. 12 ist das Kühlmittel nur auf die innere Wand durch Zirkulation wirksam. In dieser Figur ist ein Kühlbehälter 25 oberhalb der Einrichtung angeordnet und Röhren 26 und 27 führen von diesem Behälter aus zueinander entgegengesetzten Enden durch Stopfbüchsen 28, 29 zu dem Innenzylinder 9. Bei dieser Anordnung wird nur die innere Wand 9 durch das Kühl- mittel gekühlt, während die Kühlung der äusseren Wand durch Strahlung erfolgt.
PATENT-ANSPRÜCHE : i. Elektronenrelais zur Verstärkung elektrischer Ströme mit einer Kathode (2), einer
Hilfselektrode (1) und einer Anode (3), die mit den einlangenden und abgehenden Stromkreisen verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Anode als auch die Hilfselektrode in Flächenform angeordnet sind und einander im Vergleich zur Oberfläche der Kathode grosse Flächenräume darbieten, wobei die Kathode und Hilfselektrode so montiert sind, dass sie entweder in der gleichen Ebene liegen oder im Vergleich zu ihrem Abstand von der
Anode in solcher Nähe zueinander sind, dass sie dieser Aode im wesentlichen eine Fläche darbieten.