DE1026443B - Elektronische Schaltroehre - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die elektronischen Schaltröhren bekannter Bauart verwenden entweder Vakuumröhren oder gasgefüllte, gittergesteuerte Entladungsröhren. Jeder dieser beiden Typen hat seine Vorteile und Nachteile. Vakuumröhren lassen Impulse genau rechteckiger Gestalt durch und sprechen in sehr kurzen Zeitintervallen an. Jedoch kann die zur Gittersteuerung erforderliche Leistung beträchtliche Werte annehmen. Gasgefüllte Entladungsröhren andererseits benötigen nur geringe Leistung, aber die erhaltenen Impulse sind weniger genau rechteckig, und die Impulsfrequenz ist begrenzt.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Elektronenschalter für Gleichstromkreise, der die Vorteile der Vakuumröhren mit denjenigen der gasgefüllten Röhren vereinigt, ohne ihre jeweiligen Nachteile aufzuweisen.

Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltröhre, bestehend aus einer Vakuumröhre mit einer Kathode und einer Anode, zwischen denen ein starkes, senkrecht zur Kathoden-Anoden-Richtung gerichtetes Magnetfeld herrscht. Erfindungsgemäß ist der Kathode benachbart angeordnet eine Auffangelektrode.

Die beschriebene Schaltröhre beruht also auf dem Prinzip der als Magnetron bekannten Anordnung. Im einfachsten Falle besteht ein solches Magnetron aus einer Kathode und einer Anode, zwischen denen ein starkes senkrecht zur Kathoden-Anoden-Richtung gerichtetes Magnetfeld herrscht. Das elektrische Feld bildet sich zwischen der Kathode und der Anode aus. Elektronen, die, von der Kathode ausgehend, durch das elektrische Feld beschleunigt werden, weichen unter der Wirkung des Magnetfeldes von der geraden Richtung ab. Ist das Magnetfeld genügend stark, so kehren die Elektronen in einem gewissen Abstand von der Anode um und fliegen zur Kathode zurück. Wenn das elektrische Feld abgeschaltet wird, treten nur wenige Elektronen aus der Kathode aus und bleiben in deren unmittelbarer Nähe.

Bei der beschriebenen Schaltröhre wird der zu steuernde Stromkreis zwischen Kathode und Auffangelektrode angeschlossen. So lange zwischen Kathode und Anode keine Spannung herrscht, kann zwischen Kathode und Auffangelektrode kein Strom fließen. Wenn dagegen zwischen Kathode und Anode eine Steuerspannung in solcher Höhe angelegt wird, daß die von der Kathode ausgesandten Elektronen zwar nicht die Anode erreichen, aber auf der Auffangelektrode landen, indem sie nahezu geschlossene Bahnen beschreiben, wird der Stromkreis geschlossen. Man erzielt so eine praktisch leistungslose Steuerung des zwischen Kathode und Auffangelektrode eingeschalteten Stromkreises. Hierbei lassen sich leicht beträchtliche Stromstärken erzielen.

Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der nach-Elektronische Schaltröhre

Anmelder:

Compagnie Generale de Telegraphie
sans FiI, Paris

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Prinz, Patentanwalt,
München-Pasing, Bodenseestr. 3 a

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 16. April 1953

Alfred Lerbs, Paris,
ist als Erfinder genannt worden

folgenden Beschreibung an Hand der Zeichnung. Hierin zeigt

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform der beschriebenen Schaltröhre,

Fig. 2 eine schematische Ansicht einer impulsgesteuerten Schaltröhre,

Fig. 3 und 4 zwei Abänderungen der in Fig. 1 gezeigten Schaltröhre,

Fig. 5 bis 8 schematische Achsenschnitte einiger anderer Abänderungen der Schaltröhre und

Fig. 9 eine mehr ins einzelne gehende Darstellung der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform.

Nach Fig. 1 enthält die Schaltröhre eine zylindrische Anode 1, die die Fangelektrode 3 umschließt. Die letztere besitzt einen Schlitz, in dem eine Kathode 2 angeordnet ist. Die beiden Elektroden sind voneinander isoliert, und die gebildete Röhre ist evakuiert. Die Oberfläche der Elektrode 3 hat einen möglichst geringen Sekundäremissionskoeffizienten, der auf alle Fälle kleiner als 1 sein soll. Der Deutlichkeit halber ist der Heizfaden der Kathode nicht dargestellt. Durch ein geeignetes Mittel wird ein magnetisches Feld senkrecht zur Zeichenebene innerhalb der Röhre erzeugt. Seine Feldstärke ist so groß, daß die von der Kathode 2 ausgesandten Elektronen die Anode 1 nicht erreichen. Der Schalter wird in Serie in den zu steuernden Stromkreis 4, der von einer Stromquelle 6

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gespeist wird, eingeschaltet, und zwar mittels seiner zwei Ausgangsklemmen A und B, die mit den Elektroden 2 und 3 verbunden sind. Die Elektrode 3 wird also durch die Spannungsquelle 6 vorgespannt.

Eine Steuerspannungsquelle5 ist zwischen Kathode2 und Anode 1 eingeschaltet. Diese Spannungsquelle kann eine Gleichspannung, Wechselspannung oder Impulsspannung liefern.

Der in Fig. 1 dargestellte Schalter arbeitet folgendermaßen: Es sei angenommen, daß der von der Kathode ausgesandte Strom nur durch die Raumladung begrenzt ist. Sobald die S teuer spannung angelegt wird, beschreiben die Elektronen bekanntlich Zvkloidenbahnen um die Mittelelektrode 3 und treffen Zum selben Zwecke kann die Kathode mittels einer negativen Potentialquelle gegen die Sekundäremissionselektrode vorgespannt werden.

In den in Fig. 6 bis 9 schematisch im Längsschnitt gezeigten Ausführungsarten kann der Elektrode 3 die Form einer Scheibe gegeben werden, die zwischen zwei parallelen, ebenfalls scheibenförmigen Sekundäremissionselektroden T und 7" angeordnet ist. Jede dieser Scheiben 7' und 7" trägt eine Kathode 2. Um zu ίο gewährleisten, daß die von der Kathode2 ausgesandten Elektronen die Elektrode 3 erreichen, muß in dem elektrischen Feld eine kleine Komponente vorhanden sein, die auf die Symmetrieebene des Systems zu gerichtet ist (Pfeile 12 in Fig. 6). Diese Komponente

dann mit einer Geschwindigkeit, die im Vergleich zu i₅ kann dadurch erzeugt werden, daß man den Elektro

der den Elektronen von der Anodenspannung mitgeteilten Geschwindigkeit klein ist, auf diese Elektrode 3 auf. Der Stromkreis 4 ist also durch den Schalter geschlossen.

Um den Schalter zur Unterbrechung höherer Ströme verwenden zu können, als die Kathode abgeben kann, ist längs der Bahn der von der Kathode ausgesandten Elektronen eine Elektrode mit hohem Sekundäremissionsfaktor, der mindestens größer als 1 ist, angeordnet.

Ein solcher Schalter ist in Fig. 2 dargestellt, wo eine Sekundäremissionselektrode 7 unmittelbar mit der Kathode 2 verbunden ist. Ein Teil der von der Kathode ausgesandten Elektronen fällt auf die Elektrode 7 und verursacht eine Sekundäremission.

In der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform liefert die Steuerspannungsquelle eine wechselnde, vorzugsweise pulsierende Spannung. Die Speisespannungsquelle 6 des gesteuerten Stromkreises ist an die zwei Klemmen A und B des Schalters angeschlossen und durch einen Kondensator 8 überbrückt. Eine Drosselspule 9 ist in Reihe mit der Spannungsquelle gelegt. Der zu steuernde Stromkreis 4 ist über einen Übertrager 16 an den Stromkreis zwischen A und B angekoppelt. Eine Heizspannungsquelle für die Kathode ist schematisch bei D gezeigt.

Fig. 3 zeigt einen ähnlich wie in Fig. 1 gebauten Schalter, jedoch ist hier die Anode 1 innerhalb des Zylinders angeordnet, während die negativen Elektroden 2, 3 und 7 außen angebracht sind. Diese An-Ordnung kann vorteilhaft sein, wenn man die Kathode 2 zu erden wünscht.

Wenn der Schalter impulsgesteuert ist, kann es vorteilhaft sein, eine Hilfssteueranode 10 zu verwenden. Ein solcher Schalter ist in Fig. 4 gezeigt. In diesem Falle werden die Impulse über einen Übertrager 15 zugeführt. Im übrigen ist die Schaltung des Elektronenschalters ähnlich wie in Fig. 2. Die Verwendung der Elektrode 10 vermindert die Kapazität zwischen den beiden Elektroden 1 und 7', zwischen denen das Steuersignal angelegt wird. Dies ist besonders wichtig, wenn der Schalter mittels rechteckiger Impulse gesteuert wird, da deren Form durch hohe Elektrodenkapazität Verzerrungen erleidet.

Der Abstand zwischen der Anode 1 und den negativen Elektroden muß nicht unbedingt konstant sein. Es kann vorteilhaft sein, diesen Abstand längs der Anode 1 allmählich zunehmen zu lassen (Fig. 5). Auf diese Weise ist es möglich, die Elektronenabsorption durch die Elektrode 3 zu verbessern. Der bei 11 in Fig. 3 dargestellte allmähliche Übergang kann dazu dienen, ein elektronenoptisches System zu bilden, mit dessen Hilfe die Form der Elektronenbahn derart verbessert wird, daß der Einfallswinkel erhöht und hierdurch die Sekundäremission gesteigert wird.

den T und 7" die Form von Kegelstümpfen gibt, die sich in Richtung der Symmetrieebene verjüngen. Um die Elektronen zu verlangsamen, wenn sie in die Nähe der Elektrode 3 kommen, kann dort eine Komponente des elektrischen Feldes von entgegengesetzter Richtung (Pfeile 13 in Fig. 7) erzeugt werden. Diese Komponente kann man beispielsweise dadurch herstellen, daß man die Elektrode 3 ringsum mit einer Rippe 17 versieht, die gegenüber einer kreisförmigen Vertiefung 18 in der Elektrode 1 angeordnet ist, so daß das elektrische Feld vor der Elektrode 3 geschwächt ist, ähnlich wie bei der fortschreitenden Abstandsvergrößerung zwischen Elektrode 1 und Elektrode 3 nach Fig. 5.

Bei dem in Fig. 8 gezeigten Schalter haben die Elektroden 3, T und 7" die Form von Kegelstümpfen, die schief zur Systemachse abgeschnitten sind. Die Röhre besitzt sowohl Merkmale der in Fig. 1 bis 5 als auch der in Fig. 6 und 7 dargestellten Ausführungsformen. Die von der Kathode 2 ausgehenden Elektronen erreichen die Elektrode 3 sowohl durch Ausbreitung längs der Achse des Systems wie in Fig. 6 und 7 als auch durch Ausbreitung in Ebenen senkrecht zur Achse des Systems, wie es bei den Röhren nach Fig. 1 bis 5 der Fall ist.

Fig. 9 zeigt eine Schaltröhre mit mehr Einzelheiten. Die Elektroden 7' und 7" sind an den Innenwänden eines geerdeten Kolbens 19 befestigt. Die Anode 1 ist ringförmig und wird innerhalb des Kolbens 19 durch eine isolierende Halterung 20 getragen. Die Elektrode 3 wird innerhalb des Kolbens 19 durch isolierende Halterung.selemente 21 getragen, die beispielsweise aus Quarz bestehen können, der in die Elektroden 7 eingelassen ist. Ein Magnet 14 liefert das erforderliche Magnetfeld. Seine Polschuhe besitzen eine Öffnung 22, durch welche die Kathodenheizungsleitungen, die schematisch bei 23 dargestellt sind, und die stabförmigen Zuleitungen 24 zu der Elektrode 3 hindurchgehen. Die zwei Klemmen A und B des Schalters sind ebenfalls eingezeichnet.

Schaltröhren der beschriebenen Bauart können besonders im Gebiet der Radartechnik, der Hochleistungsimpulsmodulatoren und der Hochspannungsschaltertechnik verwendet werden.

Claims (14)

Patentansprüche:

1. Elektronische Schaltröhre, bestehend aus einer Vakuumröhre mit einer Kathode und einer Anode, zwischen denen ein starkes, senkrecht zur Kathoden-Anoden-Richtung gerichtetes Magnetfeld herrscht, gekennzeichnet durch eine der Kathode benachbarte Auffangelektrode.

2. Schaltröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (1) als Zylindermantel ausgebildet ist, der die zylindrische Fangelektrode (3) koaxial umgibt, während die Kathode

(2) sich in einer Aussparung der Fangelektrode befindet (Fig. 1).

3. Schaltröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Kathode eine vierte Elektrode mit hohem Sekundärelektronenemissionsvermögen verbunden ist.

4. Schaltröhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (1) als Zylindermantel ausgebildet ist und die Fangelektrode (3) und die Sekundäremissionselektrode (7) umgibt, wobei letztere zwei durch einen Schlitz (25) getrennte, koaxial zur Anode liegende Halbzylinder bilden, während die Kathode sich in einer Aussparung der Sekundäremissionselektrode befindet (Fig. 2).

5. Schaltröhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundäremissionselektrode (7) mit einer Aussparung versehen ist, in der sich die Kathode (2) befindet, und daß die Sekundäremssionselektrode (7) die Anode (1) umgibt, wobei letztere die Form eines mit der Sekundäremissionselektrode koaxialen Zylinders hat, während die Fangelektrode (3) in Gestalt eines zylindrischen Segmentes in einer Aussparung der Innenwand der Emissionselektrode untergebracht ist (Fig. 3).

6. Schaltröhre nach Anspruch 1 oder 3, gekennzeichnet durch eine Hilfselektrode, die auf dem höchsten Gleichpotential liegt, das die Anode bei einem Schaltvorgang annehmen kann.

7. Schaltröhre nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode die Gestalt eines zylindrischen Segmentes (1) hat, das in einer Aussparung der Hilfselektrode (10) angeordnet ist (Fig. 4).

8. Schaltröhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode als Zylindermantel ausgebildet ist, innerhalb dessen zwei Sekundäremissionselektroden (7', 7") und zwischen diesen die Fangelektrode (3) koaxial angeordnet sind, und daß an den Außenseiten der Sekundäremissionselektroden je eine Kathode (2) angeordnet ist (Fig. 6, 7, 8).

9. Schaltröhre nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundäremissionselektroden (T, 7") als Kegelstümpfe ausgebildet sind (Fig. 6).

10. Schaltröhre nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundäremissionselektroden (T, 7") als abgeschrägte Kegelstümpfe ausgebildet sind und daß die benachbarten Flächen der Fangelektrode (3) jeweils parallel zu den abgeschrägten Flächen sind (Fig. 8).

11. Schaltröhre nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Fangelektrode (3) mit einem sich über ihren ganzen Umfang erstreckenden Vorsprung (17) versehen ist, dem eine entsprechende Vertiefung (18) an der Innenfläche der Anode gegenübersteht (Fig. 7).

12. Schaltröhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (1) einerseits und die Fang- und Sekundäremissionselektroden (3, 7) andererseits koaxiale kreiszylindrische Systeme bilden, wobei sich der Abstand beider Systeme längs der einander zugekehrten Umfangsflächen ändert (Fig. 5).

13. Verfahren zum Betrieb einer Schaltröhre nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der zu steuernde Stromkreis zwischen Kathode und Auffangelektrode angeschlossen und eine Steuerspannung in solcher Höhe zwischen Kathode und Anode angelegt wird, daß die von der Kathode ausgesandten Elektronen nicht die Anode erreichen, sondern auf die Auffangelektrode treffen.

14. Verfahren zum Betrieb einer Schaltröhre nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannung in Form von Impulsen auftritt und daß der gesteuerte Stromkreis über einen im Zuge der Leitung zwischen der Kathode und der Auffangelektrode liegenden Übertrager angeschlossen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 809 566, 809 683, 910;

Dosse-Mierdel: »Der elektrische Strom im

Hochvakuum und in Gasen«, 1943, S. 127 bis 129.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

© 709 910/336 3.58