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.