Schaltungsanordnung mit Elektronenröliren. Die Erfindung betrifft eine Schaltungs anordnung, welche Elektronenröhren mit zwei oder mehr Gittern enthält.
Es sind Schaltungsanordnungen bekannt, in denen Elektronenröhren mit zwei oder mehr Gittern derart verwendet werden, dass ein zwischen der Glühkathode und der Steuerelektrode befindliches Gitter auf einem konstanten positiven Potential gehalten wird. Dieses Gitter führt die Bezeichnung "Raum- ladegitter" und dient zur Beseitigung der durch die in der Umgebung der Glühkathode angesammelte Raumladung erzeugten Ent ladungshemmung. Aus normalen Glühkatho- den treten die Elektronen praktisch geschwin digkeitslos aus und können infolgedessen nur Elektroden mit einem gegen die Kathode po sitiven Potential erreichen.
Der Entladungs vorgang bei Raumladegitterröhren lässt sich so auffassen, da.ss das Raumladegitter die Austrittsfläche einer Elektronenquelle, das heisst einer Kathode, bildet, welche die Elek- tronen mit einer bestimmten, dem Potential des Raumladegitters entsprechenden Ge schwindigkeit verlassen.
Die Elektronen dichte wird ausser von der Temperatur der Glühkathode auch durch die Spannung des Raumladegitters beeinflusst, so dass Elektro nenzahl und Elektronengeschwindigkeit in einem durch die geometrische Anordnung des Raumladegitters und die gewählte Raum ladegitterspannung bedingten Verhältnis festgelegt sind.
Erfindungsgemäss werden in Elektronen röhrenschaltungen Röhren mit zwei oder mehr zwischen einer Glühkathode und einer Anode angeordneten Gittern derart verwen det, dass die beiden der Kathode zunächst liegenden Gitter auf konstantem, z. B. vor zugsweise positivem Potential gehalten sind.
Dadurch wird die Möglichkeit gewonnen, die Regelung von Zahl und Geschwindigkeit der dem gesteuerten Entladungsvorgang zur Ver fügung gestellten Elektronen unabhängig voneinander vornehmen zu können, was durch die Änderung des Raumladegitterpotentials bei der vorhin erwähnten Raumladegitter- röhre nicht möglich ist. Es ist beispielsweise die Spannung des ersten Gitters massgebend für die Zahl und das Potential des zweiten Gitters für die; Geschwindigkeit der austreten den Elektronen.
Für das aus der Glühkathode und den zur Regelung der Elektronendichte und Elektronengeschwindigkeit dienenden Elektroden bestehende Elektrodensystem wird die Bezeichnung "Regelkathode" vor geschlagen.
Die Spannungen der beiden auf konstan tem Potential gehaltenen Gitter können so gewählt sein, dass im Entladungsraum eine Äquipotentialfläche mit dem Potential Null entsteht. Diese kann als Ort einer virtuellen Kathode betrachtet werden, die sich gegen über dem Steuerorgan genau eo verhält wie eine reelle Kathode. Dadurch, dass man diese virtuelle Kathode in die unmittelbare Nähe eines Steuergitters oder eines steuernden Magnetfeldes verlegt, lässt sich die Steuer fähigkeit der Röhre erheblich vergrössern.
Welche Vorteile :die getrennte Regelung von Zahl und Geschwindigkeit der Elektro ren hat, sei im folgenden Beispiel näher aus geführt: Fig. 1.: In einem Vakuumgefäss stehen einer aus der Glühkathode K und :den beiden Raumladungsgittern R, und R= gebildeten Regelkathode ein Gitter G und dahinter eine Anode A gegenüber,
beide zum Beispiel auf positiven Spannungen gegenüber R2. Kon stant gehalten werden die Anodenspannun- EA und die Gitterspannung EG gegenüber R.2, ferner durch entsprechende Einstellung der Spannungen der die Regelkathode bil denden Elektroden der zu den Elektroden G und A fliessende Gesamtstrom JA -i- JG, in dem die zwischen dem Gitter R2 und dem Gitter R, gegenüber :
der Glühkathode K herr schenden Spannungen EZ bezw. E, einander passend zugeordnet werden. Der dem Wert nach stets gleiche Gesamtstrom JA + JG lässt sich dann in bezug auf Elektronengeschwin digkeit und Stromdichte verändern. Bei kon- stant gehaltenem Gesamtstrom ist die Ver teilung .der Teilströme JG und JA, und zwar ihr Verhältnis
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in Fig. 2a und 2b dar gestellt.
Während bei kleinen Stromdichten (vergl. 2b, kleine El) und entsprechend gro ssen Geschwindigkeiten (vergl. 2a, grosse E,)
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fast unabhängig von Veränderungen von E= und El ist, steigt bei einem kritischen Wert der Stromdichte (E, = zirka 3 Volt)
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ganz plötzlich.
Dies ist darauf zurück zuführen, dass, wenn JA + JG konstant sein soll, mit zunehmender Stromdichte die Ge schwindigkeit zwangläufig abfällt und sich dabei Raumladungen zwischen Anode und Gitter ausbilden, die von den langsamen Elektronen nicht mehr überwunden werden können und :daher den Strom auf das Gitter lenken.
In Fig. 2c ist für den Fall des konstant gehaltenen Gesamtstromes der Zusammen hang zwischen der die Elektronengeschwin digkeit bestimmenden Spannung E2 und der Stromdichte O, die ihrerseits eine Funktion der Spannung E, ist, dargestellt.
Gerade diese Umstände können für die Steuerung von Elektronenröhren ausgenützt werden, denn die sich ansammelnde Raum ladung ist bei grosser Dichte ausserordentlich leicht zu beeinflussen, und zwar wächst die Steuerempfindlichkeit, wenn die Elektronen dichte in einem bestimmten Verhältnis zu der Elektronengeschwindigkeit gesteigert wird.
Regelt man die Spannungsverhältnisse beispielsweise so, dass bei konstanter Durch trittsgeschwindigkeit der Elektronen durch das Gitter R2 der Strom zur Anode zunimmt, wobei ein vor der Anode A liegendes Gitter G so negativ vorgespannt wird, dass es keinen Strom aufnimmt (vergl. Fig. 3), dann ergibt sich für den Strom JA als Funktion der Span nung E,_ zwischen Glühdraht K und Gitter R, der Zusammenhang gemäss Fig. 4, wobei die Spannungen EG -des Gitters G als Para meter eingezeichnet sind.
Für je eine dieser Kurven ist die Durchtrittsgeschwindigkeit der Elektronen durch D2, .sowie Gitter- und Anodenspannung konstant; von Kurve zu Kurve ist die negative Vorspannung des Git ters EG variiert. Man sieht aus den Kurven, dass der Einfluss der Variation von EG an den Stellen des steilsten Abfalles der Kur ven JA bei weitem am grössten ist.
Es ist also
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, was gleichbedeutend mit der Steuerfähigkeit des Anodenstromes ist, eine Funktion von El (der Stromdichte O) und ist auf dem abfallenden Teil der Kurve .TA am grössten.
Weiter aber kann man sagen, dass der Abfall der JA-Kurven und damit die Steuer fähigkeit weiter anwächst, wenn man EZ ver grössert und El entsprechend so einstellt, dass JA auf dem steilsten Teil der abfallenden Kurve liegt (vergl. Fig. 5). In Fig. 5 ist für die beiden Äste der Kurve nicht EG verän dert: es unterscheiden sich .die Kurven nur durch die verschiedenen Durchtrittsgeschwin- digkeiten durch das Gitter R2, wobei es je weils einen kritischen Wert für Ei zur Ein stellung auf höchste Steuerempfindlichkeit gibt.
Es besteht also die Möglichkeit, bei einer Elektronenröhrenschaltung, welche die Ver wendung von Regelkathodenröhren vorsieht, zu jeder Stromdichte die zur Erreichung maximaler Steuerempfindlichkeit erforder liche Geschwindigkeit einzustellen.
Vorzugsweise finden in der erfindungs. gemässen Schaltungsanordnung Röhren mit mehr als zwei Gittern in der Weise Anwen dung, da.ss die beiden der Kathode zunächst liegenden Gitter auf konstantem, vorzugs weise gegen die Kathode positivem Potential gehalten werden, während ein weiteres dar auffolgendes Gitter als Steuergitter dient. Vorzugsweise sind die den beiden konstanten Gittern erteilten positiven Spannungen regel bar. Dabei ist zweckmässigerweise das posi tive Potential des zweiten Gitters grösser als das des ersten Gitters.
Vorteilhaft wird das Steuergitter gegenüber dem ihm kathoden- seitig benachbarten Gitter negativ vorge spannt, und zwar derart, dass die negative Vorspannung des Steuergitters gegenüber dem ihm kathodenseitig benachbarten Gitter dem Betrage nach annähernd gleich oder etwas grösser als die Spannung desselben ist. Es ist sowohl möglich, das dem Steuergitter kathodenseitig zunächst liegende Gitter zu erden, als auch die Glühkathode zu erden.
Fig. 6 zeigt beispielsweise die Verteilung der Potentiale in einer Röhre mit Regel kathode sowohl bei Bezug der Spannungen auf die Elektronenaustrittsstelle der Regel kathode als Nullpunkt, als auch unter Bezug auf den Glühfaden als Nullpunkt.
Es hat sich gezeigt, dass Röhren mit Re gelkathode zu Labilitäten neigen, insbeson dere bei einem grossen innern Widerstand der Regelkathode. Zur Abhilfe wird vorgeschla gen, zwischen dem Beschleunigungsgitter .IR, und der Glühkathode Mittel zur Unterdrük- kung von Störschwingungen, z. B. nicht ver lustfreie Kondensatoren, anzulegen.
Die Regelung der Elektronendichte und der Beschleunigung soll natürlich voneinan der möglichst unabhängig und frei von Rück wirkungen erfolgen. Das lässt .sich beispiels weise durch eine zwischen dem Stromrege lungsgitter B, und dem Geschwindigkeits gitter BZ liegende Schirmelektrode erreichen. Diese wird auf einem festen Potential gehal ten, welches niedriger als das des GescUwin- digkeitsgitters und vorzugsweise gleich dem Kathodenpotential ist. Es empfiehlt sich dazu, das von der Kathode aus gesehen zweite Gitter auf Kathodenpötential zu halten.
Es wurde im oben beschriebenen Ausfüh rungsbeispiel ausgeführt, dass die Steuer fähigkeit etwa linear mit EZ zunimmt. Die Steigerung der Steuerempfindlichkeit durch Vergrösserung von EZ zum Beispiel, hat ledig lich eine Grenze durch die Belastbarkeit die ser Hilfselektrode, die bei wachsender Span nung entsprechend grössere Ströme aufneh men muss. In gleicher Weise wie EZ die Steuerempfindlichkeit beeinflusst, beeinflusst auch EA dieselbe.
Dabei ist die Beeinflus sung durch EA durch geeignete Dimensionie- rung klein zu halten, da im Betriebsfalle im Anodenstromkreis auch der Nutzwiderstand R", liegt und aus Verstärkungsgründen eine Rückwirkung von EA nach Möglichkeit ver mieden werden muss.
Um die mit Hilfe des Gitters G - an Stelle von G kann auch magnetische Beein flussung durch ein zur Bahn der Elektronen senkrecht liegendes Feld angewendet werden - ausgeübte Steuerwirkung möglichst inten siv zu machen, ,stelle man die Spannungen so ein, dass bei vorgegebenen positiven Span nungen E, und EA der Anodenstrom JA durch passende Wahl des Gesamtstromes auf dem abfallenden Teil der Anodenstromkurve liegt. Dabei steigt die Steuerempfindlichkeit mit wachsendem E2, während der Einfluss von E", nach Möglichkeit durch geeignete Dimensio nierung der Röhre, z. B.
Anwendung eines Schirmgitters, auszuschalten ist.