CH186971A - Verfahren zur Erzeugung von elektrischen Schwingungen und zur Ausführung dieses Verfahrens eingerichteter elektrischer Schwingungserzeuger. - Google Patents

Verfahren zur Erzeugung von elektrischen Schwingungen und zur Ausführung dieses Verfahrens eingerichteter elektrischer Schwingungserzeuger.

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CH186971A
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Incorporated Farnsw Television
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Farnsworth Television Inc
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  Verfahren zur Erzeugung von elektrischen Schwingungen und zur     .Ausführung     dieses Verfahrens eingerichteter elektrischer Schwingungserzeuger.    Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur  Erzeugung von elektrischen Schwingungen,  bei dem der     Elektronenfluss    in der Haupt  sache aus Sekundärelektronen besteht, die  durch Beschiessung von Oberflächen ausgelöst  werden.  



  Das Hauptziel der Erfindung ist, eine  neue Art der Schwingungserzeugung zu  schaffen. Die     Schwingungserzeugung    gemäss  der Erfindung hat die Eigenschaft, einen  Gleichstrom mit ausserordentlich hohem Wir  kungsgrad umzuwandeln; sie ist an keine  bestimmten     Frequenzgrenzen    gebunden und  eignet sich besonders für die Erzeugung von  Schwingungen von 30 MHz aufwärts. Sie  ist in gleicher Weise für die Erzeugung sehr  grosser oder sehr kleiner Energiemengen ge  eignet. Die elektrischen Stromkreise lassen  sich beim erfindungsgemässen Verfahren,  wenn gewünscht, symmetrisch ausbilden, so  dass die neutralen Punkte des Kreises ge-    erdet werden können,     ohne    dass weitere  Schwierigkeiten oder Komplikationen ent  stehen.

   Die     Schwingungserzeuger,    welche  nach dem     Verfahren    gemäss der     Erfindung          arbeiten,    gehören zur Gruppe der Hoch  vakuumgeräte, die unabhängig von     Ionisa-          tionserscheinungen    sind und daher frei von       Unbeständigkeiten    und Unsicherheiten, die  diese Erscheinungen mit sich     bringen,    arbei  ten.

   Sie können leicht in Gang gesetzt wer  den, brauchen keine geheizten Elektroden in  Art der Glühkathoden zu besitzen und sind  in diesem Falle daher frei von den Schwierig  keiten und Komplikationen, die durch die       gathodenheizkreise        bedingt    sind.  



  In der     Zeichnung    sind Ausführungsbei  spiele von nach dem erfindungsgemässen Ver  fahren     arbeitenden        Schwingungserzeugern     dargestellt. Es ist       Fig.    1 eine schematische Darstellung eines  Schwingungserzeugers, der aus der Schwing-      röhre und den dazugehörigen Stromkreisen  besteht,       Fig.    2 eine Darstellung     einer    weiteren  Ausführungsform eines Schwingungserzeu  gers, bei dem die Amplitude der Schwingung  einer Selbstbegrenzung unterliegt,       Fig.    3 ein Querschnitt durch     eine    Schwing  röhre, die innerhalb     eines    permanenten Mag  netes eingeordnet ist,

         Fig.    4 ein     Querschnitt    durch eine Röhre,  mittels der die     Schwingungen    ohne Verwen  dung von     Führungs-    oder Konzentrationsfel  dern erzeugt werden können,       Fig.    5     ein    Schwingungserzeuger,     in    dem  eine Röhre nach     Fig.    4 verwendet ist,       Fig.    6 eine weitere     Ausführungsform    mit  einer     unsymmetrischen    Röhre, und       Fig.    7     eine    graphische Darstellung der       Emissionscharakteristik.     



  Es sind     Vorrichtungen    bekannt,     in    denen  durch Ausnutzung der Sekundärelektronen  emission     ausserordentlich        kleine    Ströme der  art vervielfacht werden, dass     ein    grosser Aus  gangsstrom entsteht. Der Anfangsstrom, der  in diesen     Geräten    benötigt wird, kann so  klein sein, dass er sich mit den gewöhnlichen       Messmethoden    nicht feststellen lässt, wie zum  Beispiel der fotoelektrische Strom, der beim  Auffallen von sichtbarem Licht auf Nickel  entsteht.

   Durch eine Rückkopplung des Aus  gangsstromes dieser     Vorrichtung        mit    dem       Eingangskreis    können selbsterregte Schwin  gungen erzeugt werden.  



  Die allgemeinste Ausführungsform eines  elektrischen     Schwingungserzeugers    nach der  Erfindung benötigt     ein        Elektrodenpaar,    das  einen Elektronenweg begrenzt.     Eine    Wolke  von Elektronen wird durch an die Elektro  den angelegte Spannungen in dieser Strecke  zum Schwingen gebracht und erzeugt     beim     Auftreffen auf die eine Elektrode, die als  Kathode bezeichnet wird, bei genügender  Geschwindigkeit Sekundärelektronen, und  zwar in einem Verhältnis, das grösser als 1  ist; wenn man die Zahl der Sekundärelektro  nen mit der der Primärelektronen vergleicht.

    Auf diese Weise fliesst ein Strom, der von       einer    an die     Elektroden    angelegten Gleich-         spannungsquelle    geliefert wird. Ein von die  sem Strom verursachter Spannungsabfall  wird in richtiger Phasenlage benutzt, um der  schwingenden Elektronenwolke die     nötige          Auftreffgeschwindigkeit    auf die andere     Elek-          Lrode    zu     erteilen.    Auf diese Art     tritt    eine  Selbsterregung ein, und es können dem  Stromkreis     verhältnismässig    grosse Beträge  von Schwingungsenergie entnommen werden.

    Die Energie zur     Aufrechterhaltung    der       Schwingungen    stammt natürlich aus der  Gleichstromquelle, deren Spannung genügend  gross sein     muss,    um die Sekundärelektronen  im erforderlichen Verhältnis auszulösen.  



  Um die     Schwingungen    sowohl von selbst  in Gang zu bringen, als sie auch von selbst  in Gang zu halten, sind weitere etwas stren  gere     Bedingungen    zu erfüllen. Wird von An  fang an eine     Erregerschwingung    genügend  hoher Spannung angelegt, so werden in dem  Raum     zwischen    den Elektroden genügend  Elektronen zufällig vorhanden     _    sein, um die  Sekundäremission in einem Betrage zu  stande zu bringen, der den erforderlichen  Spannungsabfall erzeugt.

   Dies     wird    bei fast  jedem     Elektrodenmaterial    der Fall sein, vor  ausgesetzt, dass die Elektronen auf ihrem  Weg genügend genau geführt sind, so dass  nur eine geringe Wahrscheinlichkeit dafür  besteht, dass sie vor dem Auftreffen auf die  Kathode aufgefangen werden.

   Um 'jedoch  die     Schwingungen    von selbst in Gang zu set  zen, muss die     Austrittsarbeit    an der Katho  denfläche so niedrig wie möglich sein, und es  wird aus diesem     Grunde    vorgezogen, die  Kathoden mit Oberflächen aus fotoelektri  schem Material, wie zum Beispiel den Alkali  metallen, hydriertem Kalium oder dem ausser  ordentlich     empfindlichen        Caesium-Silbero-.K#yd     zu versehen. Die zuletzt genannten Substan  zen haben sich dabei nach den bisherigen  Versuchen als am besten     geeignef    erwiesen.

    Es wurde festgestellt,     da.ss        mit    einer solchen  Oberfläche fast jeder noch so schwache An  stoss die     Schwingungen    selbst unter den un  günstigsten     Bedingungen    in Gang setzt.  Nachdem die Vorrichtung eine Zeit lang im  Betrieb ist und die     Elektroden    warm gewor-      den sind, wird es schwieriger, die Schwin  gungen zu verhindern, als sie in Gang zu  setzen.  



       Fig.    1 zeigt eine besonders einfache und  leicht     herstellbare    Ausführungsform. Die  Vakuumröhre, die der Hauptbestandteil des  Gerätes ist, enthält eine evakuierte Hülle 1  von zylindrischer Form mit Kathoden 2, 2'  an den gegenüberliegenden Enden. Die Ka  thoden werden von Zuführungsdrähten 4 ge  tragen, die durch die Wandungen der Röhre       hindurchgeführt    sind und bestehen aus Schei  ben von reinem Silber, dessen Oberfläche  oxydiert und mit     Caesium    überzogen ist, wie  es aus der Herstellung von fotoelektrischen  Zellen bekannt ist. Eine Anode 5, die aus  einem sich an die Wandung der Röhre an  legenden Ring besteht, ist in der Mitte zwi  schen den Kathoden befestigt und mit einer  Zuführung 6 in der Röhrenwandung ver  bunden.

    



  Zwischen den beiden Kathoden ist ein       Sch-,vingungskreis    mit einer     Induktivität    7  und einem parallel dazu liegenden, veränder  lichen Kondensator 9 angeordnet. Eine mitt  lere     Anzapfung    10 an der     Induktivität    steht  über eine Spannungsquelle mit der Anode  in Verbindung, und zwar zweckmässig über       Hochfrequenzdrosseln    12 und 14, die, ohne  absolut erforderlich zu sein, die Arbeitsweise  des Gerätes verbessern und die Ausgangs  leistung vergrössern. Eine Sekundärspule 15,  die mit der     Induktivität    7 gekoppelt ist, kann  benutzt werden, um dem Stromkreis Energie  zu entnehmen.

   Diese Art der Kopplung ist  nur als Beispiel für die vielen bekannten  Arten der Energieentnahme aus einem  Schwingkreis angeführt.  



  Die Röhre ist von einer Spule 16 um  geben, die von einer Stromquelle 17 mit  Gleichstrom gespeist wird. Der Strom kann  mit einem Widerstand 19 genau eingestellt  werden.  



  Es sei angenommen,     dass    zunächst keine       Schwingungen    vorhanden sind, und     dass     Elektronen etwa in der     Mitte    der Kathode 2  mit einer Geschwindigkeit Null ausgelöst    werden. Solche     Elektronen    würden auf die  Anode 5 zu beschleunigt und würden     in    Ab  wesenheit eines von der Spule 16 erzeugten  Sammelfeldes wahrscheinlich die Anode tref  fen und aus dem Raum zwischen den Elek  troden entfernt werden.

   Wenn jedoch die  Sammelspule     in    der geeigneten Weise erregt  wird, so bewirkt das entsprechende Feld, dass  die Elektronen an der Anode vorbei einem  Punkt der gegenüberliegenden Kathode 2'  zugeführt werden, der dem Punkt der Ka  thode 2, von dem die Elektronen ausgingen,  entspricht. Auf ihrem Wege werden die  Elektronen so lange beschleunigt, bis sie die  mittlere Ebene der Anode erreichen. Von  diesem Punkt an werden sie von dem elek  trostatischen Feld der Stromquelle 11 abge  bremst und kommen     unter    den     erwähnten     Bedingungen auf der gegenüberliegenden Ka  thode mit der Geschwindigkeit Null an.

   Zur       Zurücklegung    der Strecke haben sie eine Zeit  gebraucht, die vom Potential der Spannungs  quelle 11 und dem Abstand der beiden     ga-          tboden    abhängt.  



  Wird der Resonanzkreis, der die Spule 7  und den Kondensator 9 enthält, auf eine Fre  quenz     abgestimmt,    deren halbe Periode un  gefähr gleich der Laufzeit der Elektronen  ist, so erzeugt die     Auslösung    von Elektronen  an der Kathode 2 einen Strom, der von der  Kathode 2 durch die eine Hälfte der     Induk-    _       tivität    7 zur Stromquelle 11 und von dort  durch die Drossel 14 zur Anode 5 fliesst.  Hierdurch entsteht ein induktiver Potential  abfall über die eine Hälfte der     Induktivität    7.  Bei zunehmendem Strom ist dieser so gerich  tet, dass er eine weitere Stromzunahme zu  verhindern sucht.

   Er erzeugt daher an der  Kathode 2' ein in bezug auf die Kathode 2  positives Potential, so dass die Geschwindig  keit der Elektronen erhöht wird und sie auf  die Kathode 2' mit einer bestimmten Ge  schwindigkeit auftreffen. Ist diese Geschwin  digkeit genügend gross, um Elektronen von  der zweiten Kathode im     Verhältnis    grösser  als 1 auszulösen, dann bildet die Differenz  zwischen der Zahl der auftreffenden Primär  elektronen     und    der ausgelösten Sekundär-           elektronen    einen Strom, der durch den andern  Zweig der     Induktivität    7 fliesst. Es entsteht  auf diese Weise ein Spannungsabfall um  gekehrter Richtung, der den     Raumladestrom     in der Röhre in der entgegengesetzten Rich  tung beschleunigt.

   Die Sekundärelektronen  treffen daher die erste Kathode in grösserer  Anzahl und mit grösserer Geschwindigkeit,  und die     Schwingung    schaukelt sich schnell  bis zu einem     Punkt    auf, an dem sie entweder  durch     Raumladewirkungen    in der Röhre,  durch Energieverluste im Ausgangskreis oder  durch irgendwelche andere     äussern    Einwir  kungen begrenzt wird.  



  Die Faktoren, die für das     Ingangkommeij.     der     Schwingungen    massgebend sind, sind die       Abmessungen    der Röhre, die     Spannung    der  Spannungsquelle 11, der Strom der     Sammel-          spule    und das Material der Kathodenober  fläche. Die Abmessungen und die     Spannung          bestimmen    den Gradienten zwischen den bei  den Kathoden.

   Die Geschwindigkeit, mit der       ein    Elektron die gegenüberliegende Kathode  trifft, wird fast ganz durch das Integral des       Schwingpotentials    entlang der Bahn     be-          stimmt.    Die     Auftreffgeschwindigkeit    wird  daher am grössten, wenn der     ganze    Weg wäh  rend einer halben     Schwingung    zurückgelegt  wird, das heisst während     einer    Zeit, während  der das     Potential    der Kathode, von dem das  Elektron ausgeht, negativ in bezug auf die  gegenüberliegende Kathode ist.

   Ob dies auch  die     Bedingung    für die     maximale    Emission  beim Auftreffen ist oder nicht, hängt davon  ab, auf welchem Teil der     Sekundäremissions-          kurve    die Röhre arbeitet. Die Kurven fast  sämtlicher Stoffe haben zur Hauptsache den  Verlauf nach     Fig.    7, wobei jedoch die Ab  solutwerte für die verschiedenen Stoffe sehr  schwanken.     Mit    E ist dabei die     Auftreff-          geschwindigkeit    der Elektronen in Volt be  zeichnet.

   Sind die     Spannungen    so     bemessen,          däss    das Auftreffen mit     einer    Geschwindig  keit erfolgt, die dem ansteigenden Zweig der       Kurve        entspricht,    so wird eine Steigerung  der     Geschwindigkeit        eine    entsprechende Stei  gerung der Zahl der ausgelösten Sekundär  elektronen     mit    sich     bringen.        Wenn    jedoch    die Spannung der Kuppe der Kurve ent  spricht,

   wird bei einer     Steigerung    der Span  nung keine     Steigerung    der Elektronenzahl  bei jedem Aufschlag     eintreten,    während bei  einer Steigerung der     Spannung    bis in den  absteigenden Ast der Kurve eine weitere  Spannungssteigerung zu einer Verringerung  der Zahl der Sekundärelektronen führt. '  Der Einfluss des Sammelfeldes auf die  Schwingungen hängt von der Zahl der Elek  tronen ab, die trotz der Wirkung des     Sam-          melfeldes    von der Anode aufgefangen wer  den.

   Wenn die     Schwingungen    zuerst     in.    Gang  gebracht werden,     sind    alle verfügbaren Elek  tronen notwendig, um Sekundärelektronen zu  erzeugen, und für die     Inbetriebnahme    muss  daher die     Fokussierung    recht genau einge  stellt sein. Wenn jedoch der Gleichgewichts  zustand erreicht ist, müssen alle Elektronen,  die über die Zahl der auftreffenden Primär  elektronen hinausgehen, während jeder hal  ben Periode aufgefangen werden.

   Mit einem  grossen Vorrat an Primärelektronen und  einem hohen     Verhältnis    zwischen Sekundär  und Primärelektronen wird, nachdem die       Schwingung        einmal    eingeleitet ist, die     Fokus-          sierung    weit weniger kritisch. Die Erfahrung  hat gezeigt, dass die     Schwingungen    weiter       bestehen,    wenn die magnetische Feldstärke  auf ungefähr ein Zehntel des Anfangswertes  gesenkt wird.  



  Der Einfluss des Materials der Kathoden  oberfläche auf die Wirkungsweise der Vor  richtung liegt auf der Hand.     Einer    der be  quemsten Wege zur     Ingangsetzung    der       Schwingungen    ist bei Verwendung der er  wähnten     Caesiumoberflächen    die Belichtung  einer der Kathoden. Die     Caesium-Silberoxyd-          oberflächen    haben     einen    ausserordentlich nie  drigen Wert der Austrittsarbeit, und es kön  nen Sekundärelektronen     im        Verhältnis    4 oder  5 ohne weiteres erzeugt werden.

   Dies führt  offenbar zu einem schnellen Aufbau des  Stromes in dem     Schw=ingungskreis    und einer  schnellen und leichten     Ingangsetzung.     



  Um die     Grössenordnung    der Konstanten  des Stromkreises anzudeuten, sei angegeben,  dass eine Röhre der     beschriebenen    Art mit      einem Abstand von 5,5 cm zwischen den Ka  thoden mit Frequenzen von 30 MHz bis über  100 MHz betrieben wurde. Die Spannungen  der Gleichstromquelle, die zur Erzeugung der  entsprechenden Elektronenflugzeiten .erfor  derlich waren, schwankten zwischen 250 V  für die tieferen und 800 V für die höheren  Frequenzen.  



  Unter diesen Bedingungen konnten Schwin  gungen hervorgerufen werden, indem man  die eine Kathode plötzlich belichtete, oder  indem man den Stromkreis der Spannungs  quelle 11 plötzlich     sehloss    oder sogar durch  plötzliches Schliessen des Stromkreises der  Sammelspule. Wenn die Anordnung eine  Zeit lang in Betrieb ist, werden die Katho  den warm, und es wird auf diese Weise die  Energie herabgesetzt, die einem auftreffen  den Elektron entnommen werden muss, um  Sekundäremission einzuleiten. In einem sol  chen Zustand wird ein Anstossen der Schwin  gungen unnötig und diese setzen von sich  aus ein.  



  Obgleich die Grössenordnung der Schwin  gungsdauer des abgestimmten Kreises, etwa  dem zweifachen Wert der Laufzeit der Elek  tronen unter dem Einfluss des von der Gleich  stromquelle erzeugten Feldes entsprechen  soll, braucht dieser Wert nicht genau ein  gehalten zu werden. Für jeden Wert der Be  schleunigungsspannung gibt es einen ziem  lich weiten Abstimmungsbereich, in dem der  Kreis schwingt. Innerhalb dieses Bereiches  ist die Resonanzfrequenz des abgestimmten       Irreises    ein Hauptfaktor für die     Bestimmung     der     Schwingungsfrequenz.    Geringeren Ein  fluss haben die Beschleunigungsspannung und  ihre Amplitude, da diese letzteren Faktoren  die Geschwindigkeit der Elektronen und da  mit ihre mittlere Laufzeit beeinflussen.

   Die  Stärke des     Fokussierfeldes    beeinflusst infolge  ihrer Wirkung auf die Amplitude und die  Länge des Elektronenweges ebenfalls die  Frequenz nur in geringem Masse.  



  Nachdem einmal das System zu     schwim-          gen    begonnen hat, wächst die Amplitude der  Schwingung ständig. bis die Zahl der von    der Anode während jeder Halbperiode auf  gefangenen Elektronen gleich dem Über  schuss der     Sekundärelektronen    über die Pri  märelektronen ist. Wenn das Verhältnis der  aufgefangenen Elektronen zur gesamten  Elektronenwolke unabhängig von der Dichte  derselben wäre,     würde    die Amplitude bis ins       Ungemessene    weiter wachsen, da in der Röhre  keine bestimmte Grenze für die Elektronen  emission, wie bei gewöhnlichen     Glühkatho-          denröhren,    vorhanden ist.  



  Beim Betrieb stellt sich jedoch heraus,  dass bei grösserer Dichte der Wolke auch der  Anteil der aufgefangenen Elektronen grösser  wird, da die stärkere Raumladung bei hohen  Dichten die Randelektronen mit grösserer  Kraft zurückstösst und mehr Elektronen auf  die Anode gelangen. Hierdurch wird der  Amplitude der Schwingungen eine Grenze  gesetzt. Es ist jedoch sehr einfach, Röhren  zu bauen, bei denen diese Grenze so hoch  liegt, dass die Röhre vor Erreichen der Grenze  bereits zerstört wird. Es wird daher in man  chen Fällen nötig sein, den     Fokussierstrom     zu verringern, sobald die     Schwingungen    ein  gesetzt haben, um eine Zerstörung der Röhre  durch zu starke Erhitzung zu vermeiden.  



  Steigt die Spannung bis zu einem Punkt,  an dem die Kurve der     Sekundäremissiou     ihren     absteigenden    Ast besitzt, so wird die  Amplitude der Schwingungen selbsttätig be  grenzt, da die Spannung ansteigt, bis das  Verhältnis der Zahl der     Sekundärelektronen     zu der Zahl der Primärelektronen so weit  sinkt, dass der     Elektronenüberschuss    gleich  der Zahl der gesammelten Elektronen ist.

    Die an dem     Schwingungskreis    liegende Be  lastung hat ebenfalls     einen    Einfluss auf die  Begrenzung der Amplitude, da die Belastung  auf die Spannungsverhältnisse in dem  Schwingungskreis     zurückwirkt.    Hierdurch  werden die     Spannungen    an den Kathoden  und das Verhältnis     zwischen    Primär- und  Sekundärelektronen beeinflusst.

   Bei manchen  Arten der Belastung ist es wünschenswert,  die Röhre in dem absteigenden Bereich arbei  ten zu lassen, da in diesem Falle bei einer       Vergrösserung    der Belastung durch Ernie-           drigung    der     Beschleunigungsspannung    eine  Vergrösserung der Zahl der emittierten Elek  tronen     eintritt.    Hierdurch     wird    der Span  nungsabfall gesteigert, und ein neuer Gleich  gewichtszustand, der der neuen Belastung  entspricht, stellt sich     ein.     



  Das Verhältnis zwischen der Abstimmung  des Resonanzkreises und der Flugzeit der  Elektronen, die von der Beschleunigungs  spannung abhängig ist, begrenzt ebenfalls  die Amplitude der Schwingungen.  



       Eine        analytische        Ermittlung    des Einflus  ses, den     eine    Veränderung der Schwingungs  komponenten der     Beschleunigungsspannung     auf     die    Laufzeit und damit auf die Abstim  mung des Resonanzkreises bei     maximaler    Be  lastung hat, ist ausserordentlich schwierig  und noch nicht endgültig geklärt.

   Im all  gemeinen ändert sich     die    Laufzeit mit der  Phase der     Emission,    mit der Amplitude des  Potentials der Schwingung und mit der geo  metrischen Form des elektrostatischen Feldes  und desjenigen Teils des Feldes,     in    dem sich  die     Elektronen    bewegen.

   Für jede Schwin  gungsamplitude wird es nur     eine    oder höch  stens zwei Emissionsphasen     geben,    für die die  Laufzeit genau eine Halbperiode ist, und  daraus folgt, dass gewöhnlich     eine    Phasen  verschiebung zwischen der Bewegung einer  Gruppe von     auftreffenden    Elektronen und  der     Bewegung    der davon ausgelösten Sekun  därelektronen besteht. Diese Phasenverschie  bung     kann    durch eine Vergrösserung der  Schwingungsamplitude entweder vergrössert  oder vermindert werden.

   Bei     einer        Vergrö-          sserung    wird     eine    Begrenzung der Amplitude  erreicht; denn die     Schwingung    wird nachlas  sen,     wenn    das grösste Emissionsverhältnis bei       einer    Phase vorhanden ist, bei der die emit  tierten Elektronen die gegenüberliegende Ka  thode nicht mehr oder nur mit einer solchen  Geschwindigkeit erreichen, die zur Auslösung.  weiterer Elektronen nicht     ausreicht.    Aus  diesem Grunde soll die Halbperiode des ab  gestimmten Kreises dieselbe Grössenordnung  haben wie die Laufzeit.

   Innerhalb dieser  Grenze lässt sich eine Schwingung leicht in       Cang    bringen und nach     Ingangsetzung    auf    den besten Wert einstellen. Theoretisch kön  nen mit der Röhre nach     Fig.    1 auch Schwin  gungen erzeugt werden, wenn die     Laufzeit     ein ungerades Vielfaches der Halbwellen ist;  die     Ingangbringung    solcher     Schwingungen     ist jedoch schwierig, wenn die Zeit grösser ist  als eine Halbperiode.  



  Eine andere Art der     Amplitudenbegren-          zung    wird aus     Fig.    2 ersichtlich. Die Anord  nung dieser Figur     stimmt    mit jener nach der       Fig.    1 überein, mit der Ausnahme, dass die       Gleichstromkomponente    der     Spannungsquelle     11 durch     eine    Spule 20, welche die Röhre  umgibt, geleitet wird.

   Die Spule wird in der  Regel so     angeschlossen,    dass das Hauptfeld  verstärkt wird,     wenn    eine Abnahme des     Fu-          kussierstromes    die Intensität der     Schwingung     steigert, so dass eine     weniger    günstige Be  dingung für die     Schwingungen    entsteht und  die     Ausgangsleistung    begrenzt wird.  



  Es ist keineswegs erforderlich, dass     eine     Spule zur Erzeugung des Konzentrationsfel  des vorgesehen ist.     Fig.    3 zeigt die Anord  nung einer Röhre im Innern einer magneti  schen Anordnung, die eine ähnliche Wirkung  hervorruft. Die Röhre 21 ist zwischen Pol  schuhen 22 angeordnet, die das magnetische  Feld der Dauermagnete 24     sammeln    und aus  richten.  



  Zur Konzentration der Elektronenwolke  können     elektrostatische    und auch elektromag  netische Verfahren verwendet werden. In den       Röhren    nach     Fig.    1, 2 und 3     sind    die elek  trostatischen Felder stark gekrümmt und die  elektromagnetischen     Fokussierfelder    werden  benötigt, um die Elektronen     zwischen    den  Kathoden zu führen. In der Röhre nach       Fig.    4 sind die Kraftlinien des elektrostati  schen Feldes im Bereich der Elektronenbewe  gung zur Hauptsache geradlinig und die  Röhre kann daher ohne     Anbringung    eines  elektromagnetischen     Sammelfeldes    betrieben  werden.

   Die Röhre enthält eine Hülle 25, in  der die zweckmässig leicht konkaven, einan  der gegenüberliegenden Kathoden 26 in ähn  licher Weise wie bei den bisher     beschriebenen     Röhren angebracht     sind.    In der Mitte zwi  schen den Kathoden befindet sich ein leiten-      des Band 27, das sich an die Wandung der  Hülle anlegt und mit einem Leiter 29, der  durch die Röhrenwandung hindurchgeht, ver  bunden ist. In der Mitte des Bandes ist eine  ringförmige Blende 30 angebracht, in deren       Offnung    ein Netz oder Gitter 31 ausgespannt  ist. Dieses Netz besteht zweckmässig aus fein  stem Draht und besitzt weite Maschen, so  dass die Gesamtfläche, die sich den Elektro  nen in den Weg stellt, ausserordentlich klein  im Verhältnis zu der Gesamtöffnung der  Blende ist.  



  Bei einer solchen Anordnung sind die  Kraftlinien zwischen den Rändern der Ka  thode und der Anode leicht gekrümmt. Die  Kraftlinien in der Mitte der Röhren sind je  doch nahezu geradlinig. Die Möglichkeit,  dass ein vom mittleren Teil einer Kathode  ausgehendes Elektron von der Anode auf  gefangen wird, ist sehr gering, da die Bah  nen nahezu geradlinig verlaufen. Die In  betriebnahme dieser Röhre ist etwas schwie  riger als die der Röhren     mit    magnetischem  Führungsfeld. Die Röhre ist jedoch betriebs  fähig und hat den Vorteil, dass keine äussern       Fokussiereinrichtungen    notwendig sind.  



  Während die Röhre nach der     Fig.    4 in  derselben Schaltung wie die vorher beschrie  benen Röhren verwendet werden kann, ist  ihre Benutzung auch in einer andern Schal  tung, z: B. nach     Fig.    5, infolge der Eigen  schaft der Anode als elektrostatischer Schirm  möglich. Nach     Fig.    5 sind die beiden Ka  thoden miteinander     verbunden    und der die       Induktivität    35 und den Kondensator 36 ent  haltende Schwingungskreis liegt zwischen  der Verbindungsstelle der beiden Kathoden  und der Anode unter Zwischenschaltung  einer Spannungsquelle 37. Die negative Seite  der Spannungsquelle ist geerdet,     ebenso    wie  eine Seite des Resonanzkreises.

   Der Reso  nanzkreis ist auf eine Frequenz abgestimmt,  deren volle     Schwingungszeit    ungefähr gleich  der Flugzeit der Elektronen zwischen den  Kathoden ist.  



  Ein von einer der Kathoden ausgehendes  Elektron wird von der Anode angezogen     und     braucht etwa die Zeit     einer    halben Schwin-         gung,    um sie zu erreichen. Liegt die Phase  des in dem Schwingungskreis durch den von  der Kathode ausgehenden Elektronenstrom  erzeugten     Potentials    richtig, so kehrt sich das  Vorzeichen der Spannung um, wenn die Elek  tronen durch das Gitter 31 treten, so dass das  Potential die Elektronen auf ihrem weiteren  Weg in der Röhre noch weiter beschleunigt  und ein Aufprallen derselben auf der Ka  thode     und    eine Sekundäremission erzeugt.

    Bei Benutzung dieses Stromkreises werden  im allgemeinen zwei Elektronenwolken in  entgegengesetzten     Richtungen    durch die  Röhre oszillieren     und    etwa in der Gegend der  Anode einander durchsetzen.  



  Die Anordnung schwingt weniger leicht  als die vorher beschriebene, da nur einmal  während jeder Periode Energie aus der  Gleichstromquelle entnommen wird,     anstatt     der zweimaligen Entnahme     in    den vorher er  wähnten Fällen. Die     Anordnung    hat jedoch  das besondere Merkmal, dass die Kapazität  zwischen den Kathoden     und    der Anode bei  derselben Betriebsfrequenz geringer ist, so  dass besonders bei hohen     Frequenzen    Vorteile  vorhanden sind.  



       Fig.    6 zeigt eine Ausführungsform, in der  nur eine einzige sekundär emittierende Ka  thode vorhanden ist. Die Kathode 40 befin  det sich an einem Ende der evakuierten Hülle  41. In der Nähe des     andern    Endes ist eine  Anode 42 derselben Art, wie sie in     Fig.    4  beschrieben wurde, vorgesehen, und unmittel  bar hinter dieser Anode     befindet    sich eine  Hilfskathode 44, welche keine fotoelektrische  Oberfläche zu haben braucht. Eine     Sammel-          spule    45 wird von einer Batterie 46 über  einen Widerstand 47 gespeist; es können  auch andere Mittel elektromagnetischer oder  elektrostatischer Art zur     Führung    der Elek  tronen benutzt werden.

    



  Ein Schwingungskreis 49 liegt in Reihe  mit der Kathode 40 und der Anode 42 über       eineBeschleunigungsspannungsquelle    50. Eine  Verbindung 51 ist zwischen der negativen  Seite der Spannungsquelle 50, einer     Vorspan-          nungsquelle    52 und der Hilfskathode 44 vor  gesehen. Die     Vorspaunungsquelle    52 hat eine      solche Spannung, dass die     Hilfskathode    ge  genüber der Kathode 40 stets negativ ist.  



  Diese Vorrichtung arbeitet zur Haupt  sache genau so     wie    die     eine    Hälfte der Röhre  nach     Fig.    5. An der Kathode 40 ausgelöste  Elektronen erreichen die Anode in etwa einer  halben Periode. Nach dem Durchgang durch  die Anode werden sie sofort durch das Feld  zwischen der Anode     und    der Hilfskathode  in ihrer Richtung umgedreht und kehren  durch die Anode mit derselben Geschwindig  keit, mit der sie sie erreicht haben, zurück.

    In     diesem    Augenblick jedoch ist die Span  nung zwischen der Anode und Kathode um  gekehrt worden, so dass die Elektronen nach  etwa einer vollen Periode nach ihrer Auf  lösung an der Kathode 40     wieder    auf die  Kathode     auftreffen,    und zwar     mit    einer Ge  schwindigkeit, die dem Integralwert der  Spannungen entspricht, die die Elektronen  während ihres Fluges durchlaufen haben. Die  Auslösung zusätzlicher Sekundärelektronen  und die Wiederholung des Vorganges ent  spricht den bisher beschriebenen Beispielen.  



  Der Stromkreis der     Fig.    6 hat dieselben  Nachteile im Vergleich zu dem der     Fig.    1       und    2, wie der der     Fig.    5, jedoch mit dem  zusätzlichen Nachteil, dass eine bestimmte  Zahl von Elektronen jedesmal beim Passieren  der Anode 42 aufgefangen wird. Nachdem  die     Schwingung    einmal in Gang gekommen  ist, ist dieser Nachteil nicht sehr wesentlich,  er erschwert jedoch das     Ingangbringen    der       Schwingungen.    Anderseits ist die Anoden  Kathodenkapazität, die an dem Schwingungs  kreis liegt, nur halb so gross, wie die der  Röhre nach     Fig.    5.

   Die     Anwendung    einer  solchen     Anordnung        kann    daher unter be  stimmten     Voraussetzungen    berechtigt sein,  selbst wenn ein     Hilfsschwingungserzeuger     notwendig     wird,    um die     Schwingungen    in  Gang zu bringen, der später entfernt wird.  



  Die Wirkungsweise des beschriebenen       Schwingungserzeugers    hängt von einer gan  zen Anzahl von Faktoren ab, so dass in  folge der gegenseitigen Beeinflussung die  ser Faktoren eine     Änderung    eines ein-         zigen    Faktors in manchen Fällen gerade  die entgegengesetzte Wirkung hat, als man  zunächst erwarten könnte.

   So wird zum  Beispiel gewöhnlich durch eine Belastung  des Schwingungserzeugers sowohl die Phase  als auch die Grösse des Potentials in dem  Schwingungskreis geändert und die Inten  sität der Schwingung wächst selbst, wenn die  Röhre in dem ansteigenden Ast der Kurve  der Sekundäremission arbeitet. Ähnliche be  sondere Vorgänge treten auf, wenn eine Stei  gerung des     Fokussierfeldes    die Schwingungs  energie steigert, anstatt sie, wie gewöhnlich,  zu verringern.

   Ein abweichendes Verhalten  dieser oder ähnlicher     Art    ist wahrschein  licher, je weiter die     Grenzbedingungen    für  die Selbsterregung angenähert werden, denn  unter diesen Bedingungen kann ein geringer  oder sekundärer Einfluss in Zusammenwir  kung mit dem begrenzenden Faktor die ge  wöhnlich beherrschenden Einflüsse über  treffen.  



  Eine etwas ähnliche Situation ergibt sich  mit Bezug auf das günstigste Vakuum in der  Röhre. Alle anfänglichen Versuche mit der       Vorrichtung    wurden mit möglichst hohem  Vakuum durchgeführt, das heisst einem Va  kuum, das wesentlich höher lag als das der  gewöhnlichen     Dreipolröhren,        Gasentladungs-          röhren    oder Röntgenröhren.     Ionisierungs-          erscheinungen    im Innern der Röhre durch  Kollision sind unerwünscht.

   Es hat sich je  doch gezeigt, dass kleine Beträge von an den  Elektroden absorbiertem Gas vorteilhaft sind,  wenn eine hohe sekundäre Emission er  wünscht ist, und es ist daher wahrscheinlich,  dass ein Betrieb der Vorrichtung durch die  Anwesenheit von kleinen Mengen trägen Ga  ses wie Helium, Neon oder andern Gasen  derselben Gruppe erleichtert wird, solange  der     mittlere    freie Weg der Elektronen in der  Röhre länger ist als der Abstand der Elek  troden.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH I: Verfahren zur Erzeugung von Schwin gungen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Elektronenstrom mit solcher Geschwindig keit gegen eine Oberfläche geleitet wird, dass beim Auftreffen eine Anzahl von Sekundär elektronen erzeugt wird, die grösser ist als die Zahl der Primärelektronen, und dass ein von dem Strom der Sekundärelektronen er zeugter Spannungsabfall benutzt wird, um die Sekundärelektronen so zu beschleunigen, dass sie auf einer andern oder derselben Flä che in ebensolcher Weise auftreffen. UNTERANSPRüCHE 1.
    Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die Elektro nen in Form einer mit Hilfe von Be schleunigungsspannungen in einer Elek tronenbahn zum Schwingen gebrachten Elektronenwolke an den Enden der Bahn Sekundärelektronen in solchem Masse auslösen, dass die Zahl der schwingenden Elektronen nicht abnimmt. Verfahren nach Unteranspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass der schwin genden Elektronenwolke bei jeder Schwin gung Elektronen entzogen werden, und dass bei jedem Auftreffen der Elektro nen am Ende der Bahn so viele Sekun därelektronen erzeugt werden, dass die Zahl der entnommenen Elektronen voll ersetzt wird und die Zahl der schwingen den Elektronen aufrechterhalten bleibt. PATENTANSPRUCH Ir.
    Schwingungserzeuger zur Ausführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass eine Anode und mindestens eine Kathode, an der beim Auf treffen von Elektronen eine die Zahl der Pri märelektronen übersteigende Zahl von Sekun därelektronen ausgelöst wird, in einer eva kuierten Hülle angeordnet und mit Schalt elementen verbunden sind, durch die eine an den Elektroden liegende Spannung der art periodisch verändert wird, dass die im Raum zwischen den Elektroden befindlichen Elektronen periodisch zum Auftreffen auf die Kathode gebracht werden. <B>UNTERANSPRÜCHE:</B> 3.
    Schwingungserzeuger nach Patentan spruch II, dadurch gekennzeichnet, dass ein zwischen den Elektroden und einer Spannungsquelle liegender Schwingungs kreis derart angeordnet und abgestimmt ist, dass der von dem Elektronenstrom in dem Kreis erzeugte Spannungsabfall immer in solcher Phase an den Elektro den auftritt, dass die Gesamtzahl der aus gelösten Elektronen steigt. 4.
    Schwingungserzeuger nach Patentan- sprach II, gekennzeichnet durch zwei einander gegenüberliegende Kathoden und eine in der Mitte zwischen diesen angeordnete Anode. 5. Schwingungserzeuger nach Unteran spruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anode so angeordnet ist, dass sie eine Anzahl der Elektronen auffängt, aber den grössten Teil des Raumladestromes zwischen den Kathoden durchlässt.
    6. Schwingungserzeuger nach Patentan spruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathodenoberfläche aus fotoelektri schem Material besteht. 7. Schwingungserzeuger nach Unteran spruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anode ringförmig ausgebildet ist. B. Schwingungserzeuger nach Patentan spruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Anode als Gitter ausgebildet ist, des sen Gesamtöffnungsfläche im Verhältnis zur undurchlässigen Fläche gross ist.
    9. Schwingungserzeuger nach Unteran spruch 4, gekennzeichnet durch eine Im pedanz, die von dem Strom der Sekun därelektronen durchflossen wird und deren Spannungsabfall dazu benutzt wird, die von der einen. Kathode stam menden Elektronen in Richtung der an dern Kathode über die Anode hinaus zu beschleunigen. 10.
    Schwingungserzeuger nach Unteran spruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsquelle zwischen der Anode und einem mittleren Anzapfpunkt einer Induktivität des Schwingungskreises liegt. 11. Schwingungserzeuger nach Unteran spruch 4, gekennzeichnet durch eine Vor- richtung zur Konzentration eines Teils der Sekundärelektronen, um die Elektro nen an der Anode vorbei in Richtung der .andern Kathode zu bewegen.
    12. Schwingungserzeuger nach Unteran spruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Kathoden ein magnetisches Feld in Längsrichtung der Elektronen bahn vorhanden ist. 13. Schwingungserzeuger nach Unteran spruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des magnetischen Feldes eine die Röhrenhülle umgebende Spule vorgesehen ist. 14. Schwingungserzeuger nach Unteran spruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des magnetischen Feldes ein permanentes Magnetsystem vorgese hen ist.
    15. Schwingungserzeuger nach Unteran spruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonanzkreis auf die Laufzeit der Elektronen, die von der Beschleunigungs spannung abhängt, abgestimmt ist.
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