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.
Circuit arrangement with electron rollers. The invention relates to a circuit arrangement which contains electron tubes with two or more grids.
Circuit arrangements are known in which electron tubes with two or more grids are used in such a way that a grid located between the hot cathode and the control electrode is kept at a constant positive potential. This grid is called "space charge grid" and serves to remove the discharge inhibition generated by the space charge that has accumulated in the vicinity of the hot cathode. The electrons emerge from normal hot cathodes with practically no speed and can therefore only reach electrodes with a potential that is positive towards the cathode.
The discharge process in space charge grid tubes can be understood such that the space charge grid forms the exit surface of an electron source, i.e. a cathode, which the electrons leave at a certain speed corresponding to the potential of the space charge grid.
The electron density is influenced not only by the temperature of the hot cathode but also by the voltage of the space charge grid, so that the number of electrons and the speed of electrons are determined in a ratio determined by the geometric arrangement of the space charge grid and the selected space charge grid voltage.
According to the invention, tubes with two or more grids arranged between a hot cathode and an anode are used in electron tube circuits in such a way that the two grids of the cathode initially lying on a constant, z. B. are held in front of preferably positive potential.
This makes it possible to regulate the number and speed of the electrons provided for the controlled discharge process independently of one another, which is not possible due to the change in the space charge grid potential in the space charge grid tube mentioned above. For example, the voltage of the first grid is decisive for the number and the potential of the second grid for the; Speed of the electrons exiting.
The term "regulating cathode" is proposed for the electrode system consisting of the hot cathode and the electrodes used to regulate the electron density and electron speed.
The voltages of the two grids kept at a constant potential can be selected in such a way that an equipotential surface with zero potential is created in the discharge space. This can be viewed as the location of a virtual cathode, which behaves in relation to the control element exactly like a real cathode. By placing this virtual cathode in the immediate vicinity of a control grid or a controlling magnetic field, the control capability of the tube can be increased considerably.
The advantages: the separate regulation of the number and speed of the electrons is explained in more detail in the following example: Fig. 1 .: In a vacuum vessel there is a regulating cathode formed from the hot cathode K and: the two space charge grids R and R = Grid G and behind it an anode A opposite,
both for example on positive voltages compared to R2. The anode voltage EA and the grid voltage EG are kept constant compared to R.2, furthermore by setting the voltages of the electrodes forming the regulating cathode, the total current JA -i- JG flowing to the electrodes G and A, in which the between the grid R2 and the grid R, opposite:
the hot cathode K prevailing voltages EZ respectively. E, are assigned to one another appropriately. The total current JA + JG, which is always the same in terms of value, can then be changed in relation to electron speed and current density. If the total flow is kept constant, the distribution of the partial flows is JG and JA, namely their ratio
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in Fig. 2a and 2b represents.
While at low current densities (see 2b, small El) and correspondingly high speeds (see 2a, large E,)
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is almost independent of changes in E = and El, the current density increases at a critical value (E, = approx. 3 volts)
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suddenly.
This is due to the fact that, if JA + JG is to be constant, the speed inevitably drops with increasing current density and space charges are formed between the anode and the grid, which can no longer be overcome by the slow electrons and therefore the current on direct the grid.
In Fig. 2c, the relationship between the electron speed determining the voltage E2 and the current density O, which in turn is a function of the voltage E, is shown for the case of the total current kept constant.
Precisely these circumstances can be used for the control of electron tubes, because the accumulating space charge is extremely easy to influence at high density, and the control sensitivity increases when the electron density is increased in a certain ratio to the electron speed.
If the voltage ratios are regulated, for example, in such a way that the current to the anode increases at a constant passage speed of the electrons through the grid R2, with a grid G in front of the anode A being negatively biased so that it does not consume any current (see Fig. 3) , then results for the current JA as a function of the voltage E, _ between filament K and grid R, the relationship according to FIG. 4, the voltages EG -of the grid G are shown as parameters.
For each of these curves, the speed at which the electrons pass through D2, as well as the grid and anode voltage, are constant; The negative bias of the grid EG varies from curve to curve. It can be seen from the curves that the influence of the variation in EG is by far the greatest at the points of the steepest drop in the JA curves.
So it is
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, which is synonymous with the ability to control the anode current, a function of El (the current density O) and is greatest on the sloping part of the curve .TA.
But it can also be said that the drop in the YES curves and thus the controllability continues to grow if EZ is increased and El is set accordingly so that YES is on the steepest part of the downward curve (see FIG. 5). In FIG. 5, EG is not changed for the two branches of the curve: the curves differ only in the different passage speeds through the grid R2, with each having a critical value for Ei for setting the highest control sensitivity .
It is therefore possible, in an electron tube circuit which provides for the use of variable-speed cathode tubes, to set the speed required to achieve maximum control sensitivity for each current density.
Preferably find in the fiction. according to the circuit arrangement tubes with more than two grids in such a way application that the two grids lying next to the cathode are kept at a constant, preferably positive potential towards the cathode, while a further grid that follows serves as a control grid. The positive voltages imparted to the two constant grids are preferably controllable. The positive potential of the second grid is expediently greater than that of the first grid.
The control grid is advantageously biased negatively with respect to the grid adjacent to it on the cathode side, specifically in such a way that the negative bias voltage of the control grid with respect to the grid adjacent to it on the cathode side is approximately equal to or slightly greater than its voltage. It is possible to ground the grid next to the control grid on the cathode side and to ground the hot cathode.
Fig. 6 shows, for example, the distribution of the potentials in a tube with a rule cathode, both with reference to the voltages at the electron exit point of the rule cathode as the zero point, and with reference to the filament as the zero point.
It has been shown that tubes with Re gelkathode tend to instability, in particular with a large internal resistance of the control cathode. To remedy this, it is proposed that between the accelerator grid .IR and the hot cathode means for suppressing interfering vibrations, e.g. B. not ver loss-free capacitors to apply.
The regulation of the electron density and the acceleration should of course take place independently of one another and free of feedback. This can be achieved, for example, by means of a shielding electrode located between the current control grid B and the speed grid BZ. This is kept at a fixed potential, which is lower than that of the speed grid and preferably equal to the cathode potential. It is advisable to keep the second grid at cathode potential as seen from the cathode.
It was carried out in the exemplary embodiment described above that the controllability increases approximately linearly with EZ. The increase in control sensitivity by increasing EZ, for example, has only a limit due to the load capacity of this auxiliary electrode, which has to absorb correspondingly larger currents as the voltage increases. In the same way that EZ affects control sensitivity, EA affects the same.
The influence of EA is to be kept small by suitable dimensioning, since the useful resistance R "is also located in the anode circuit during operation and, for reasons of amplification, a reaction from EA must be avoided as far as possible.
In order to make the control effect exerted as intensively as possible with the aid of the grid G - instead of G magnetic influence by a field perpendicular to the path of the electrons - set the voltages so that with a given positive span voltages E, and EA the anode current JA lies on the descending part of the anode current curve by suitable choice of the total current. The control sensitivity increases with increasing E2, while the influence of E ", if possible through suitable dimensioning of the tube, e.g.
Application of a screen grid, is to be switched off.