Die vorlie"ende Erfindung hat zum <I>in</I> Gegenstand die passende Dimensionierung einer Elektronenröhre mit mindestens drei Gittern. Die im nachfolgenden besehrieben -# Dirnensionieruno- der Elektroden verleiht der Röhre besonders vorteilhafte Eigenschaften z ur -Verwendunc, n in Schaltuncsanordnungen, zn bei welchen man sich durch geeignete Aus- bilduno,
der Stromkreise und entsprechende Wahl der Betriebsspannungen Elektronen- stromverteilungen zunutze macht, bei denen ausserhalb der Glühkathode eine Äquipoten- tialfläehe mit dem Potential Null sich aus bildet. Eine solche Fläche des Potentials Null kann als Ort einer virtuellen Kathode aufge- fasst werden, welche sich gegenüber einer Steuerelektrode in gleicher Weise verhält wie eine reelle Kathode; und wenn sie in nächster Nähe des Steuerorganes sich aus bildet, gestattet die Schaltung die Erzielung ganz ausserordentlicher Verstärkungen.
C, Zum Verständnis, inwiefern die erfin- clungsgemässen konstruktiven Merkmale einer Röhre in dieser Richtung Vorteile bedingen, sei zunächst die Wirkungsweise der vorge nannten Schaltunoen beschrieben.
In einer --ewöhnlichen Raumladegitter- röhre, welche eine sättigungsfähige Kathode, ein positives Raumladegitter und eine Anode enthält, ist der Potentialverlauf zwischen RaumlaJegifter und Anode von der Strom dichte in diesem Gebiet und den Spannungen an den Grenzen dieses Raumes, nämlich an Raumladegitter und Anode, abhängig. Bei schwacher Emission tritt keine merkliche Raumla,dung zwischen beiden auf und der Potentialverlauf ist im wesentlichen nur durch die Spannungen bedingt.
Mit zuneh- eD mender Elektronenemission wird das Poten tial zwischen Raumladegitter und Anode durch die Anwesenheit von negativen Elek trizitätsträgern gesenkt und kann unter Um- ständen den Wert Null erreichen. Diese Stelle des Potentialminiinums Null kann als Ort einer virtuellen Kathode betrachtet -werden. Eine virtuelle Kathode verhält sich gegen über dem Steuergitter genau so wie eine reelle Kathode.
Bei der Steuerung des von einer Glüh kathode ausgehenden Stromes durch ein Steuergitter besteht ein selbstverständliches Mittel, um die Wirksamkeit zu verbessern, in einer Verkleinerung des Abstandes zwi- sehen Kathode und Gitter. Dies hat seine praktischen, insbesondere konstruktiven Grenzen, -welche beieiner virtuellen Kathode fortfallen, denn, wie man zeigen kann, lässt sich die Lage der virtuellen Kathode durch Veränderung der herrschenden Elektronen dichte und Spannung verschieben und be liebig dein Steuergitter nähern.
Eine Röhre, -welche zur Ausbildung einer solchen virtuellen Kathode geeignet ist, muss mindestens die in Fig. <B>1</B> schematisch gezeich neten Elemente besitzen. Es bedeutet K eine Glühkathode mit SIttigungseigenschaft, <B><I>G</I></B> das Steuergitter,<B>A</B> die Anode und B eine auf positivem Potential befindliche Gitter elektrode, welche als Beschleunigungsgitter bezeichnet -werden soll. Unter einer Kathode mit Sättigungseigenschaften ist eine solche Kathode zu verstehen, deren Emission nur von der Temperatur, nicht aber von den Span nungen der benachbarten Elektrode abhängt.
Indem man die Spannung an B und die Emis sion von K (durch Temperaturregelung) pas send zueinander abgoleicht, kann man die Aus bildung einer virtuellen Kathode in unmittel barer Nähe von<B>G</B> herbeiführen. Solche An ordnungen erweisen sich jedoel-i für den vor liegenden Z-weck aus verschiedenen Gründen als unzureichend. Die Regelung der Elek- tronendiehte muss durch Änderung der Kathodentemperatur erfolgen und kann nicht in so feinen Stufen vorgenommen werden, wie es wünschenswert wäre. Es fehlt prak tisch die Möglichkeit, die Elektronendichte und Elektronengeschwindigkeit hinreichend zu beeinflussen.
Dieser Übelstand kann vermieden -werden, wenn man Röhreia <B>-</B> verwendet, bei denen nach Fig. <B>22</B> zwischen der Kathode K und dem Beschleunigungsgitter B ein weiteres Gitter<B>D</B> angeordnet ist, das zur Regelung- der Elektronendichte benutzt werden kann, in dem man es an ein positives Potential legt, welches kleiner als das Potential des Be schleunigungsgitters B ist. Die in der Fläche des Gitters<B>D</B> 'herrschende Elektronendichte kann dann durch Wahl der anliegenden Span nung nach Bedarf eingestellt werden.
Um ein befriedi 'gendes Arbeiten einer solchen Schaltung zu gewährleisten, müssen bei dem Elektrodenaufbau der verwendeten Röhren<U>bestimmte</U> konstruktive Gesetz mässigkeiten befolgt sein, die den Gegenstand der Erfindung bilden.
Gemäss der Erfindung besteht der Elektrodenaufbau aus einer ;#quipotentialkathode und mindestens drei zwischen Kathode und der äussersten Elek trode anmordneten Gitterelektroden und ist dabei so dimensiouiert, dass eine zwischen der äussersten Elektrode und dem von der Ka thode aus gerechnet zweiten Gitter gelegene (-'vitterelel-,tro,Je in bezug auf ihre Nachbar elektroden derart ausgebildet und angeordnet ZD ist,
dass das ihr auf der der Kathode abge kehrten Seite benachbarte Gitter auf 'das kathodenseitig benachbarte Gitter einen Durchgriff von<B> < NA</B> besitzt. Nur solche Röhren eignen sich in hervorragender Weise für Schaltungen der beschriebenen Art. Einerseits ist für optimale Steuerfähigkeit die örtliche Gleichmässigkeit der Emission der Kathode sowie die Spannungsverteilung län(rs der Kathode von Wichtigkeit.
Aus die- sein Grund ist stets eine Äquipotential- kathode, mit indirekter Heizung zu verwen den, weil in diesem Falle die Ausbildung der virtuellen Kathode mit der notwendioen Gleichmässigkeit über die ganze Elektroden- länce zustande kommt.
Anderseits haben auf die Regelung des Elektronenstromes nach Dichte und Geschwindigkeit natürlich noch die andern in der Röhre vorhandenen Elek- trodenpotentiale Einfluss. Dieser Einfluss muss nach ]Nlöglichkeit herabgesetzt werden, ohne dabei von den im Hinblick auf die spezielle Verwendung und Leistung festgelegten Span- en ZD nungen abzugehen.
Beispielsweise hätte die Verwendung hoher Anodenspannungen ohne entsprechende Abschirmung oder geeignete Formgebun,- der Anode grosse Effektivpoten tiale in der Nähe der virtuellen Kathode zur Folge, und es bedürfte dann einer sehr gro ssen Stromdiehte, um die Ausbildung einer Minimumpotentialfläche in der oben be schriebenen Weise zu erzielen. Es sind zum Beispiel mit normalen Pentoden, welche an sich die erforderliche Mindestzahl von drei Gittern besitzen, derartige Effekte bei für praktische Zwecke in Frage kommenden Spannungen nicht zu erzielen.
Solche Pen- toden (Schirmgitterröhren mit Fanggitter zwischen Schirmgitter und Anode zur Ver meidung des Über.-an.-es von Sekundär elektronen von der Anode zum Schirmgitter), bei denen man das Sehirmgitter als Austritts fläche der Elektronen und das Fanggitter als Steuergitter betreiben könnte, sind so dimen sioniert, dass sich möglichst wenig Raum ladungen primärer, vom Schirmgifter kom mender Elektronen um das Fanggitter stauen, da dies eine ungünstige Verteilung von Schirmgitter- und Anodenstrom zur Folge hätte.
Sie haben infolgedessen auch Fang- gitterdurehgriffe von im allgemeinen mehr als 20%. Dies würde bei einer Anodenspan nung von beispielsweise<B>300</B> Volt am Schirm gitter ein Effektivpotential von<B>60</B> Volt er geben.
Im Gegensatz dazu ist bei einer Drei- gitterröhre, die gemäss der Erfindung gebaut ist, der Durchgriff der Anode durch das Steuergitter auf das von der Kathode aus zweite Gitter so klein gehalten, dass die Anodenspannung zu dem an demselben auf tretenden Effektivpotential einen Beitrag von nur wenigen Volt liefert, welcher in der Grösse des in Volt ausgedrückten Aussteuer bereiches liegen möge.
Das Steuergitter selbst hat dabei eine, negative, Vorspannung gegen- Über der Elektronenaustrittsfläehe, die dem Betrag nach etwas grösser ist als die Aus- trittsgeschwindigkeit der Elektronen.
Um, die oben geforderte geringe Rückwirkung der 2D zz Anodenspannuno, auf #die Austrittsfläelle der Elektronen sicher zu stellen, ist es, wie be reits gesagt, erforderlich-, dass der Durühgriff der Anode durch das Steuergitter kleiner als <B>10,%</B> sein muss. Für den Fall, dass ein Schirm.- e,
(ritter zwischen Steuergitter und Anode vor- handen ist, wird diese Forderung sinngemäss auf den Durchgriff des Schirmgitters durch das Steuergitter übertragen.
Vorteilhaft ist ferner Symm rie der An ordnung, wobei dem konzentrilseh symTne- trischen Aufbau der Vorzug vor der ebenen Anordnung zu geben ist. Gewisse<B>Ab-</B> weichungen können in diesem Punkte nur dann zugelassen werden, wenn für bestimmte Anwendungsgebiete der Röhre ein weicher Verlauf der Kennlinie erwÜnscht ist. In die sem Falle kann, wie später auseinandergesetzt werden wird, eine exzentrische Anordnung des Beschleunigungsgitters gegenüber dem Steuergitter sogar zur Stabilisierung der virtuellen Kathode beitragen.
Zweckmässig für die Homogenität des Elektro#nenstromes und die zur Erzielung grösster Steuerempfind- liehkeit notwendige Schärfe der Minimum- potentialzone ist auch die örtliche Gleich mässigkeit der wirksamen Gitterelektroden. Beispielsweise wäre ein weitmasel-ii,-es Steuer gitter wegen der dann eintretenden Ungleich förmigkeit der Effektivpotentialfläche unge eignet.
Es ist bekannt, dass der wirksame Durch griff durch zwei hintereinander liegende Elektroden gleich ist dem Produkt der Durchgriffe durch jedes einzelne Gitter. Man hat es nun in der Hand, den verlangten Wert des Durchgriffes durch eine Elektrode auch dadurch zu erhalten, dass mam statt einer einzigen Elektrode zwei unmittelbar hinter- einanderliegende Elektroden anordnet, wel- Z, ehe leitend miteinander verbunden sind.
Die Verbindung wird vorteilhafterweise bereits innerhalb der Röhre hergestellt, so dass; für jedes Elektrodenpaar nur eine- Zuleitung und ein Stecker im Sockel erforderlich ist. Nach Massgabe konstruktiver Forderungenka.un die Verbindung entweder im Vakuumgefäss oder innerhalb des Sockels vorgenommen -werden. Unter Umständen ist es vorteilhaft, die beiden Gitter durcheine fortlaufende, in zwei Flä chen verteilte Wicklung herzustellen.
Man kann also jedender zu einem Elektrodenpaar gehörigen Gitter einen erheblich grösseren Durchgriff geben, um auf den verlangtan resultierenden Wert zu kommen. Dieser Um stand ist insbesondere von Vorteil hinsichtlich der Stromaufnahme eines derartigen Doppel gitters.
Infolge des multiplikativen Zu- samrnenwirkens der beiden Gitterteile hin sichtlich ihrer Steuerwirkung und der nur addifiven Vergrösserung der Gesamtüber- fläche ist die Summe der in der Strombahn befindlichen Elektrodenflächen kleiner als die Fläche eines einzigen Gitters, welches denselben resultierenden Durchgriff besitzt.
Deshalb ist auch die gesamte Stromaufnahm-e einer derartigen Doppelelektrode kleiner und es kann ein grösserer Entladungsstrom mit geringeren Verlusten hindurchbefördert war- den. Es sei ausdrücklich hervorgehoben, dass hinsichtlich der Zählung und der Durch- griffsangabe eine derartige Doppelelektrode einer einfachen Elektrode gl-eichzusetzen ist, wobei Durchgriffsangaben sich auf den resu!- tierenden Durchgriff durch die Doppelelek trode beziehen.
Im allgemeinen wirdeine Einwirkung der Beschleunigungsspannung durch das Ver dichtungsgitter hindurch auf die Emission und somit Elektrünendichte in<B>D</B> stattfinden, dem durch entsprechende Wahl der zugehö rigen Spannung des Verdichtungsgitters<B>D</B> Rechnung getragen wird.
Eine, vollkommene -Unabhängigkeit zwischen der Einstellung der Stromdichte und der Geschwindigkeit erhält man, wenn der Durchgriff des Beschleani- gungsgitters zur Kathode klein ist, sofern sich dies durch entsprechende Ausführung der Maschenweite, des Gitters<B>D</B> nicht in dem gewünschten Masse erreichen lässt, kann wie im Ausführungsbeispiel (Fig. <B>3)</B> dargestellt ist, ein Schirmgitter T zur elektrischen Tren nung der bei-den Elektroden<B>D</B> und B dienen. Dieses "Treungitter" wird beippielsweise auf Kathodenpotential gebracht.
Diese Verbin dung kann auch innerhalb der Röhre berge- stellt werden.
Das Prinzip der virtuellen Kathode kaiiii bei den bekannten Röhrentypen für alle Ver wendungszwecke angewendet werden, indem man die einfache Glühkathode durch eine Elektrodenkombination ersetzt. Man erhält auf diese Weise Röhren mit mindestens drei Gitteru, von denen ausser in Fig. 2 und<B>3,</B> in den Fig. 4 bis<B>7</B> einige weitere Ausführungs formen schematisch dargestellt sind.
Fig. 4 stellt eine Schirmgitterröhre dar, wobei<B>A</B> die Anode,<B>8</B> das Schirmgitter,<B>G</B> das Steuergitter, B das Beschleunigungsgitter und K die Kathode bedeutet. Der Durchoriff cles Schirmgitters<B>8</B> durch das Steuergitter<B>G</B> auf das Beschleunigungsgitter B soll kleiner als 10:70 sein.
Eine Weiterbildung dieser Schirmgitter- röhren zeigt die Fig. <B>5,</B> in welcher zwischen dem Besehleunigungsgitter B und dem Elek- tronendichteregelungsgitter <B>D</B> ein Trenn- gitterTeingeführt ist.
Es bezeichnet in Fig. <B>6</B> <B>A</B> die Anode, F ein zur Unterdrückung der Sekundäremission bestimmtes Fanggitter,<B>8</B> das Schirmgitter,<B>G</B> das Steuergitter, B das Beschleunigungsgitter,<B>D</B> das Elektronen- dichteregelungsgitter und K die Kathode.
Die Fig. <B>7</B> zeigt die Weiterentwicklung dieses Elektrodensystemes durch Einführung des Treungitters T zwischen den Elektroden B und<B>D.</B> In allen Fällen ist wesentlich, dass der Durchgriff durch die jeweils als Steuergitter verwendete Elektrode, bezogen auf die dieser ka,thodense-itig zunächst liegenden Elek troden, kleiner als 10% sein muss, um grin- stige Arbeitsbedingungen zu erzielen.
Es. kann u.<B>U.</B> vorteilhaft sein, die Röhre mit einer Gasfüllung zu versehen, deren Druck zweckmässig innerhalb der Grenzen von 10-2 und 10-4<U>-mm</U> Hg ge wählt wird. Durch die Formgebung und insbesondere die Wahl der Abstände zwi schen Kathode, Steuergitter und Anode ist dafür Sorge zu tragen, dass eine raumladungs- beseitigende Ionisation nur in der Nähe der Glühkathode auftritt-.
Die Kathode wird da- bei behufs Verminderung der Wärmeabstrali- lung in den Steuerraum, welche die Ionisie- rung dort begünstigen würde, und aus wärme ökonomischen Gründen zweckmässig mit einem Wärmeschirm umgeben. Man kann ent weder das zur Regelung der Stromdiellte die nende Gitter<B>D</B> oder die BeschleunigunIgs- elektrode B so ausbilden,,dass sie gleichzeitig als Wärmeschutz für die Katlio#de wirken.
Die Potentiale der übrigen Elektroden können kleiner als die Ionisierungsspannung sein, so dass eine Bildung von Ionen ausserhalb des Kathodenraumes nicht mehr stattfindet. Man kann aber auch in an sich bekannter Weise die Anodenspannung höher als die Ionisie- rungsspannung machen; dann ist der<B>Ab-</B> stand der Anode von dem benachbarten Git ter und der Glaswaud so klein zu wählen, dass die Bildung von Ionen in der Nähe der Anode unmöglich gemacht wird.
Eine Ausführungsform hierfür ist in der Fig. <B>8</B> angedeutet. Hierin bedeutet 2 die Glühkathode, die durch einen Heizfaden <B>1</B> erhitzt wird,<B>3</B> eine Elektrode, die gleich zeitig als Wärmeschutz, zur Ionisierung des Gases und zur Regelung der El#ektronendichte dient, 4,das Hilfsgitter, das die Gesellwindig- keit der austretenden Elektronen bestimmt, <B>5</B> das eigentliche Steuergitter,<B>6</B> die Anode und<B>7</B> die Glaswand, an der die Anode un mittelbar anliegt.
Die Spannung des Ge- schwindiglieitsregulierungsgitters 4 ist -klei ner als die Ionisierungsspannung des Gases, der Abstand zwischen Steuergitter und Anode ist kleiner als die freie Weglänge der Elek tronen bei dem benutzten Gasdruch.
Es besteht auch die Möglichkeit, mit vir- weller Kathode arbeitende Röbrenals Macrne- tron zu verwenden und den Elektronenstrom durch ma#,netische Felder zu steuern. Hier bei verlaufen die magnetischen Kraftlinien parallel zur Längsachse des Elektroden- systemes, das heisst parallel zur Kathode. Es ist in diesem Fall vorteilhaft-, die Elektroden aus einem nicht ferromagnetisehen Material anzufertigen oder wenigstens die Anode durch senkrecht zur Feldrichtung verlaufend-. Spalte ringförmig züi unterteilen.
t" Die virtuelle Kathode wurde als Aqui- potentialfläche mit dem Potential Null defi niert, das heisst mit andern Worten, dass die Elektronen dort die Geschwindigkeit Null be sitzen und sich sowohl in der Richtung zur Anode als auch zurück zur Emissionsquelle bewegen können. Es besteht also, die Möglich keit, dass die Elektronen Pendelungen um die Minimumpo#tentialfaäcl-ie ausführen können, wie sie beispielsweise als Elektronentanz- schwingungen von Barkhausen und Kurz be reits bekannt sind.
In den meisten Fällen sind derartige Labilitäten jedoch unerwünscht und lassen sich dadurch beseitigen, dass das Beschleunigungsgitter mit der Kathode durch dämpfende Widerstände, wie zum Beispiel nicht verlustfreie Kondensatoren, verbunden wird. Es können derartige Mittel zur Soliwin- gungsunterdrückung bereits im Innern der Röhre eingebaut und mit den betreffenden Elektroden fest verbunden werden. Man kann auch zum gleichen Zweck den Durchgriff durch das Verdiclitungsgitter entspreelleal gross, etwa grösser als<B>10%,.</B> wählen.
Die Fortpflanzung der Elektronenpende- lungen in das Innere des Beschleunigungs gitters ist dann auch unmöglich, wenn die Elektronen beim Rückfluo, von der virtuellen Kathode nicht bis zur Emissionsquelle, son dern nur zum Beschleunigungsgitter ge langen können. Man muss in diesem Fall das Beschleunigungsgitter engmaschig ausführen, indem man beispielsweise diesem Gitter ein-In Durchgriff von weniger als<B>-5</B> % gibt.
Eine andere Möglichkeit, um zu verhin dern, dass durch die Elektronenpendelungen um die virtuelle Kathode herum eine Schwin- gungsanfacliung innerhalb des Beschleuni gungsgitters eintritt, besteht darin, dass man die Röhre unsymmetrisch aufbaut, indem das zur Steuerung bestimmte Gitter und die ausserhalb desselben liegenden Elektroden exzentrisch zu der Kathode und den innerhalb des Steuergoitters befindlichen. Elektroden an geordnet wird.
In diesem Falle liegen die Umkehrstellen für die Elektronen unsymme trisch zur Emissionsquelle, und daher voll- zieht sieh die, Pendelung an verschiedenen Stellen des Umfanges mit verschiedenen Fre quenzen und Phasen, so dass eine Anregung von Raumladungsschwingungen innerhalb des Beschleunigungsgitters niel-it mehr mög- liell ist.
Wie bereits an anderer Stelle be merkt wurde, ist eine derartige Unsymmetrie im Elektrodenaufbau jedoch nur unter Rück- sielitnabme auf die angestrebte Steilheit der Kennlinie anwendbar.
The present invention has the appropriate dimensioning of an electron tube with at least three grids for the subject matter. The electrodes described below give the tube particularly advantageous properties for use in circuit arrangements , zn in which one has suitable training,
of the electrical circuits and the appropriate choice of operating voltages makes use of electron current distributions in which an equipotential surface with zero potential is formed outside the hot cathode. Such an area of potential zero can be understood as the location of a virtual cathode which behaves in the same way as a real cathode with respect to a control electrode; and when it develops in the immediate vicinity of the control organ, the circuit allows quite extraordinary gains to be achieved.
C, To understand the extent to which the structural features of a tube according to the invention result in advantages in this direction, the mode of operation of the aforementioned circuitry will first be described.
In an ordinary space charge grid tube, which contains a saturable cathode, a positive space charge grid and an anode, the potential profile between the space charge grille and anode depends on the current density in this area and the voltages at the boundaries of this space, namely at the space charge grid and anode , dependent. In the case of weak emissions, there is no noticeable space charge between the two and the potential curve is essentially only due to the voltages.
As the electron emission increases, the potential between the space charge grid and anode is reduced by the presence of negative carriers of electricity and can under certain circumstances reach the value zero. This point of the potential minimum zero can be regarded as the location of a virtual cathode. A virtual cathode behaves in relation to the control grid in exactly the same way as a real cathode.
When controlling the current emanating from an incandescent cathode through a control grid, a natural means of improving the effectiveness is to reduce the distance between the cathode and the grid. This has its practical, in particular constructive, limits, which do not apply to a virtual cathode because, as can be shown, the position of the virtual cathode can be shifted by changing the prevailing electron density and voltage, and your control grid can be approached at will.
A tube that is suitable for forming such a virtual cathode must have at least the elements shown schematically in FIG. 1. It means K a hot cathode with saturation property, <B><I>G</I> </B> the control grid, <B> A </B> the anode and B a grid electrode at positive potential, which is called the acceleration grid -shall be. A cathode with saturation properties is to be understood as meaning a cathode whose emission depends only on the temperature, but not on the voltages of the adjacent electrode.
By matching the voltage at B and the emission of K (through temperature control) to one another, a virtual cathode can be created in the immediate vicinity of <B> G </B>. Such arrangements prove to be inadequate for the present purpose for various reasons. The regulation of the electron density has to be done by changing the cathode temperature and cannot be done in such fine steps as would be desirable. There is practically no possibility of influencing the electron density and electron speed sufficiently.
This inconvenience can be avoided if one uses tubes in which, according to FIG. 22, a further grid <B> D </ between the cathode K and the acceleration grid B is used. B> is arranged, which can be used to regulate the electron density by applying it to a positive potential which is smaller than the potential of the acceleration grid B. The electron density prevailing in the area of the lattice <B> D </B> 'can then be adjusted as required by selecting the applied voltage.
In order to ensure that such a circuit works satisfactorily, certain structural principles that form the subject of the invention must be followed in the electrode structure of the tubes used.
According to the invention, the electrode structure consists of an equipotential cathode and at least three grid electrodes arranged between the cathode and the outermost electrode and is dimensioned such that one grid is located between the outermost electrode and the second grid calculated from the cathode -, tro, depending on their neighboring electrodes designed and arranged ZD is
that the grid adjacent to it on the side facing away from the cathode on the grid adjacent to the cathode side has a penetration of <B> <NA </B>. Only such tubes are excellently suited for circuits of the type described. On the one hand, the local uniformity of the emission from the cathode and the voltage distribution along the length of the cathode are important for optimal controllability.
For this reason, an equipotential cathode with indirect heating should always be used, because in this case the virtual cathode is formed with the necessary uniformity over the entire length of the electrode.
On the other hand, the other electrode potentials present in the tube naturally have an influence on the regulation of the electron flow according to density and speed. This influence must be reduced as far as possible without departing from the voltages ZD voltages specified with regard to the special use and performance.
For example, the use of high anode voltages without appropriate shielding or a suitable shape would result in large effective potentials of the anode in the vicinity of the virtual cathode, and a very large current would then be required in order to create a minimum potential area in the manner described above achieve. For example, with normal pentodes, which per se have the required minimum number of three grids, such effects cannot be achieved at voltages which are suitable for practical purposes.
Such pentodes (screen grid tubes with a catch grid between the screen grid and anode to avoid the over.-on-it of secondary electrons from the anode to the screen grid), in which the screen grid could be operated as the exit surface for the electrons and the catch grid as a control grid , are dimensioned in such a way that as few space charges as possible from primary electrons coming from the screen are accumulated around the arrester grid, as this would result in an unfavorable distribution of the screen grid and anode current.
As a result, they also have safety gate grips of generally more than 20%. With an anode voltage of, for example, <B> 300 </B> volts on the screen grid, this would give an effective potential of <B> 60 </B> volts.
In contrast to this, in a three-grid tube built according to the invention, the penetration of the anode through the control grid onto the second grid from the cathode is kept so small that the anode voltage only contributes to the effective potential occurring at the same supplies a few volts, which may be in the size of the dynamic range expressed in volts.
The control grid itself has a negative bias voltage compared to the electron exit area, the amount of which is somewhat greater than the exit speed of the electrons.
In order to ensure the above-required low reaction of the 2D zz anode voltage on the exit area of the electrons, it is necessary, as already said, that the grip of the anode through the control grid is less than <B> 10% < / B> must be. In the event that an umbrella.- e,
(ritter is present between the control grid and anode, this requirement is transferred analogously to the penetration of the screen grid through the control grid.
Symmetry of the arrangement is also advantageous, the concentric symmetrical structure being preferred to the planar arrangement. Certain <B> deviations </B> can only be allowed in this point if a soft course of the characteristic is desired for certain areas of application of the tube. In this case, as will be discussed later, an eccentric arrangement of the acceleration grid relative to the control grid can even help stabilize the virtual cathode.
The local uniformity of the effective grid electrodes is also useful for the homogeneity of the electron current and the sharpness of the minimum potential zone necessary to achieve the greatest control sensitivity. For example, a Weitmasel-II, -es control grid would be unsuitable because of the non-uniformity of the effective potential area that then occurs.
It is known that the effective penetration through two consecutive electrodes is the same as the product of penetration through each individual grid. It is now up to you to obtain the required value of the penetration through an electrode by arranging two electrodes lying directly behind one another instead of a single electrode, which are connected to one another in a conductive manner.
The connection is advantageously already established within the tube, so that; only one lead and one plug in the base are required for each pair of electrodes. According to the design requirements, the connection can be made either in the vacuum vessel or within the base. Under certain circumstances, it is advantageous to produce the two grids by means of a continuous winding distributed over two areas.
You can therefore give each of the grids belonging to a pair of electrodes a considerably larger penetration in order to achieve the required resulting value. This order was particularly advantageous in terms of the power consumption of such a double grid.
As a result of the multiplicative interaction of the two grid parts in terms of their control effect and the only additive enlargement of the total area, the sum of the electrode areas in the current path is smaller than the area of a single grid which has the same resulting penetration.
Therefore, the total current consumption of such a double electrode is also smaller and a larger discharge current can be conveyed through with lower losses. It should be expressly emphasized that with regard to the counting and the penetration information, such a double electrode is to be equated with a simple electrode, with penetration information relating to the resulting penetration through the double electrode.
In general, the acceleration voltage will act through the compression grid on the emission and thus electron density in <B> D </B>, which is taken into account by appropriate selection of the associated voltage of the compression grid <B> D </B>.
A, complete -independence between the setting of the current density and the speed is obtained if the penetration of the Beschleani- gungsgitter to the cathode is small, provided that this is not in the appropriate design of the mesh size of the grid The desired mass can be achieved, as shown in the exemplary embodiment (FIG. 3), a screen grid T for electrical separation of the two electrodes D and B can be used. This "Treu lattice" is brought to cathode potential, for example.
This connection can also be provided inside the tube.
The principle of the virtual cathode can be applied to the known tube types for all purposes by replacing the simple hot cathode with an electrode combination. In this way, tubes with at least three grids are obtained, of which, in addition to FIGS. 2 and 3, some other embodiments are shown schematically in FIGS. 4 to 7.
4 shows a screen grid tube, where <B> A </B> denotes the anode, <B> 8 </B> the screen grid, <B> G </B> the control grid, B the acceleration grid and K the cathode . The perforation of the screen grid <B> 8 </B> through the control grid <B> G </B> on the acceleration grid B should be less than 10:70.
A further development of these screen grid tubes is shown in FIGS. 5, in which a separating grid T is inserted between the acceleration grid B and the electron density control grid.
In Fig. 6, it denotes the anode, F a catching grid intended to suppress secondary emissions, <B> 8 </B> the screen grid, <B> G </ B> the control grid, B the acceleration grid, <B> D </B> the electron density control grid and K the cathode.
FIG. 7 shows the further development of this electrode system through the introduction of the treble grid T between the electrodes B and D. In all cases it is essential that the penetration through the respectively used as a control grid Electrode, related to the electrodes lying next to this ka, method-sensitive, must be less than 10% in order to achieve grim working conditions.
It. It may be advantageous to provide the tube with a gas filling, the pressure of which is expediently selected within the limits of 10-2 and 10-4 <U> -mm </U> Hg . Due to the shape and in particular the choice of the distances between the cathode, control grid and anode, care must be taken that ionization that eliminates space charge only occurs in the vicinity of the hot cathode.
In order to reduce the heat dissipation into the control room, which would promote ionization there, the cathode is suitably surrounded by a heat shield for reasons of heat economy. Either the grid <B> D </B> or the acceleration electrode B used to regulate the power supply can be designed in such a way that they also act as thermal protection for the cathode.
The potentials of the other electrodes can be smaller than the ionization voltage, so that ions no longer form outside the cathode space. But you can also make the anode voltage higher than the ionization voltage in a manner known per se; Then the distance between the anode and the neighboring grid and the glass wall should be chosen so small that the formation of ions in the vicinity of the anode is made impossible.
An embodiment for this is indicated in FIG. 8. Here, 2 means the hot cathode, which is heated by a heating filament <B> 1 </B>, <B> 3 </B> an electrode which simultaneously serves as thermal protection, for ionizing the gas and for regulating the electron density , 4, the auxiliary grid that determines the speed of the escaping electrons, <B> 5 </B> the actual control grid, <B> 6 </B> the anode and <B> 7 </B> the glass wall, on which the anode rests directly.
The voltage of the speed regulation grid 4 is smaller than the ionization voltage of the gas, the distance between the control grid and the anode is smaller than the free path of the electrons in the gas pressure used.
There is also the possibility of using Röbrenals working with a viral cathode and controlling the electron flow by means of magnetic fields. Here at the magnetic lines of force run parallel to the longitudinal axis of the electrode system, that is, parallel to the cathode. In this case it is advantageous to make the electrodes from a non-ferromagnetic material or at least to make the anode run perpendicular to the field direction. Divide the column into a ring.
t "The virtual cathode was defined as an equipotential surface with zero potential, in other words that the electrons there have a velocity of zero and can move both in the direction of the anode and back to the emission source. It exists in other words, the possibility that the electrons can oscillate around the minimum potential, as they are already known, for example, as electron dance oscillations by Barkhausen and Kurz.
In most cases, however, such instabilities are undesirable and can be eliminated by connecting the acceleration grid to the cathode by means of damping resistors, such as, for example, non-lossless capacitors. Such means for solubilization suppression can already be built into the interior of the tube and firmly connected to the relevant electrodes. For the same purpose, the penetration through the thickening grid can also be chosen to be correspondingly large, approximately greater than <B> 10%. </B>.
The propagation of the electron pendulums into the interior of the accelerating grid is then also impossible if the electrons cannot get from the virtual cathode to the emission source but only to the accelerator grid when they return. In this case, the acceleration grid must be closely meshed, for example by giving this grid a penetration of less than <B> -5 </B>%.
Another possibility to prevent the oscillations of electrons around the virtual cathode from causing an oscillation within the acceleration grid is to build the tube asymmetrically by using the grid intended for control and the electrodes outside it eccentric to the cathode and those inside the control grid. Electrodes is arranged.
In this case, the turning points for the electrons are asymmetrical to the emission source, and therefore the pendulum takes place at different points on the circumference with different frequencies and phases, so that an excitation of space charge oscillations within the acceleration grid is no longer possible. is liell.
As has already been noted elsewhere, such an asymmetry in the electrode structure can only be applied to the desired steepness of the characteristic curve, however.