DE1035278B

DE1035278B - Low-noise electric discharge tubes for high frequencies

Info

Publication number: DE1035278B
Application number: DET9587A
Authority: DE
Inventors: Dr Walter Dahlke
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1954-06-11
Filing date: 1954-06-11
Publication date: 1958-07-31

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung betrifft eine elektrische Entladungsröhre für hohe Frequenzen. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, die Geräuschzahl einer solchen Röhre herabzusetzen, um damit ihre Verwendung bei höheren Frequenzen als bisher üblich sicherzustellen. Zunächst wird von einer Triode ausgegangen. Die durch die Erfindung gegebene Lehre ist jedoch in gleicher Weise auch bei Mehrgitterröhren, beispielsweise Pentoden, anwendbar.The invention relates to an electric discharge tube for high frequencies. It is based on the task reduce the noise figure of such a tube, so that it can be used at higher levels To ensure frequencies as previously usual. First of all, a triode is assumed. The through the Invention given teaching is, however, in the same way with multi-grid tubes, for example Pentodes, applicable.

Die Gesamtgeräuschzahl einer Röhre setzt sich bekanntlich aus den verschiedenen Rauschkomponenten zusammen. Bei einer Triode hat man zunächst einmal die Rauschkomponente, die durch das Schrotrauschen hervorgerufen wird. Dieses Schrotrauschen ist dadurch bedingt, daß aus der Kathode Elektronen in kleineren und größeren Haufen austreten und auf die Anode übergehen, auch wenn an dem Gitter der Röhre zunächst noch keine Wechselspannung liegt.As is well known, the total noise figure of a tube is made up of the various noise components together. With a triode you first have the noise component caused by the shot noise is caused. This shot noise is due to the fact that electrons from the cathode into Smaller and larger clusters emerge and pass over to the anode, even if on the grid of the There is initially no AC voltage in the tube.

Der Übergang dieser Elektronen von der Kathode zur Anode hat nun gleichzeitig eine zweite Rauscheinströmung zur Folge. Die aus der Kathode entsprechend dem Schroteffekt in unregelmäßigen Paketen austretenden Elektronen streichen nämlich an den Gitterdrähten vorbei und rufen an diesen eine Influenzwirkung hervor. Es entsteht somit an dem Gitter der Röhre infolge dieser Influenzwirkung eine Wechselspannung, die in der Röhre verstärkt wird und somit einen verstärkten Wechselstrom auf der Anode zur Folge hat. Diese Erscheinung wird als das induzierte Gitterrauschen bezeichnet.The transition of these electrons from the cathode to the anode now has a second inflow of noise at the same time result. This is because the electrons emerging from the cathode in irregular packets, corresponding to the shot effect, sweep away past the grid wires and induce an influential effect on them. It thus arises on that As a result of this induction effect, the tube grids an alternating voltage which is amplified in the tube and thus results in an increased alternating current on the anode. This phenomenon is called denotes the induced grating noise.

Es ist bekannt, daß man diese beiden erwähnten Rauscheinströmungen durch Verstimmung des Gittereingangskreises gegeneinander kompensieren kann, wenn man nur dafür sorgt, daß die beiden Rauscheinströmungen zueinander kohärent sind, d. h., sie müssen in gleicher Phasenbeziehung liegen. Diese Kohärenz erreicht man dann, wenn man dafür sorgt, daß die aus der Kathodenoberfläche austretenden Elektronen gleiche Laufzeitwinkel besitzen. Bei ebener Oberfläche der emittierenden Schicht der Kathode müssen die Elektronen auf möglichst parallelen Bahnen zur Anode übergehen, um die erwähnte Bedingung zu erfüllen.It is known that these two mentioned noise inflows can be achieved by detuning the grating input circuit can compensate against each other, if one only ensures that the two noise inflows are coherent with one another, d. that is, they must be in the same phase relationship. These One achieves coherence if one ensures that the emerges from the cathode surface Electrons have the same travel time angle. With a flat surface of the emitting layer of the cathode the electrons must pass over to the anode on paths that are as parallel as possible in order to meet the mentioned condition to meet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Röhrenaufbau anzugeben, bei dem eine vollständige oder nahezu vollständige Kompensation der beiden obenerwähnten Rauscheinströmungen erhalten wird. Es wird von einer Röhre ausgegangen, die aus einer Kathode mit rechteckigem Querschnitt und zwei ebenen Emissionsflächen, eine Anode und mindestens einem dazwischenliegenden Gitter besteht, welches derart ausgebildet ist, daß es zusätzlich zu der normalen Steuerwirkung auf die aus der Kathode austretenden Elektronen noch elektronenoptisch im Sinne Rauscharme elektrische Entladungsröhre für hohe FrequenzenThe invention has for its object to provide a tube structure in which a complete or almost complete compensation of the two above-mentioned noise inflows is obtained. It is assumed that a tube consists of a cathode with a rectangular cross-section and two flat emission surfaces, an anode and at least one grid in between, which is designed in such a way that in addition to the normal control effect on the exiting from the cathode Electrons are still electron-optical in the sense of low-noise electrical discharge tubes for high frequencies

Anmelder:Applicant:

Telefunken G.m.b.H.,
Berlin NW 87, Sickingenstr. 71Telefunken GmbH,
Berlin NW 87, Sickingenstr. 71

Dr. Walter Dahlke, Ulm/Donau,
ist als Erfinder genannt wordenDr. Walter Dahlke, Ulm / Danube,
has been named as the inventor

der Erzielung gleicher Laufzeiten für alle Elektronenbahnen einwirkt.the achievement of the same transit times for all electron orbits acts.

Nach der Erfindung besteht das Steuergitter der Röhre aus zwei parallel zueinander, in gleichem Abstand zu den Emissionsflächen der Kathode liegenden, bis auf die Gitteröffnungen aus undurchlässigen Blechen hergestellten Rahmen, auf deren einander zugekehrten Seiten die Gitterdrähte aufgebracht sind. Diese außerordentlich einfache und stabile Konstruktion erfüllt gleichzeitig zwei Zwecke. Einerseits ermöglicht sie den Aufbau einer Elektronenröhre mit außerordentlich geringem Abstand zwischen der Emissionsfläche der Kathode und dem Gitter, andererseits ruft sie die zur Bündelung des Elektronenstrahles erforderliche elektronenoptische Wirkung hervor.According to the invention, the control grid of the tube consists of two parallel to each other, at the same distance lying to the emission surfaces of the cathode, impermeable except for the grid openings Sheets made frame, on the mutually facing sides of the grid wires are applied. This extremely simple and stable construction serves two purposes at the same time. On the one hand it enables the construction of an electron tube with an extremely small distance between the Emission surface of the cathode and the grid, on the other hand it calls for the bundling of the electron beam required electron-optical effect.

Ein Röhrenaufbau nach der Erfindung kann sowohl bei einer Triode als auch bei einer Pentode Anwendung finden. Im letzteren Fall kann man durch besondere Ausbildung des Schirmgitters auch noch erreichen, daß das bei Pentoden zusätzlich auftretende Stromverteilungsrauschen auf ein Minimum herabgesetzt wird, weil dieses Stromverteilungsrauschen bekanntlich um so niedriger wird, je weniger der von der Kathode austretenden Elektronen auf das Schirmgitter gelangen. Demgemäß wird nach einerA tube structure according to the invention can be used with a triode as well as with a pentode Find application. In the latter case, a special design of the screen grid can also be used achieve that the additional power distribution noise that occurs with pentodes is reduced to a minimum is because this power distribution noise is known to be lower, the less that of The electrons escaping from the cathode reach the screen grid. Accordingly, after a

809 579/386809 579/386

Weiterbildung des Erfindüngsgedanke'ns das Schirmgitter in Richtung des aus der Kathode austretenden und von dem Steuergitter gesteuerten Elektronenbündels mit Schlitzen oder .öffnungen für den Durchtritt des Elektronenstrahlbündels in Richtung zur Anode versehen. Da den Elektronen durch die Ausbildung des Steuergitters nur eine bevorzugte Richtung für ihren Weg zur Anode freigegeben wird, kann man auch bei einer Pentode die auf das Schirmgitter sonst übergehenden Elektronen auf ein Minimum reduzieren.Further development of the concept of the invention is the screen grid in the direction of the electron beam emerging from the cathode and controlled by the control grid with slits or .openings for the passage of the electron beam in the direction of the Anode. Since the electrons are only one preferred due to the design of the control grid Direction for its way to the anode is released, you can also use a pentode on the screen grid otherwise reduce electrons to a minimum.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung in Abb. 1 dargestellt. Diese Abbildung zeigt in vergrößertem Maßstab den Querschnitt einer elektrischen Entladungsröhre, die in diesem Fall als Pentode ausgebildet ist. Die Kathode 1 besitzt einen rechteckförmigen Querschnitt. Die Längsseiten der Kathodenoberfläche sind mit Emissionsmasse bedeckt und stehen den ebenfalls eben ausgebildeten Gittern gegenüber. Die Gitter bestehen aus Metallrahmen 3 und 4, die durch Rundstreben 5 und 6 in zueinander paralleler Lage derart gehalten werden, daß sie von den Emissionsflächen der Kathode gleichen Abstand besitzen. Auf den einander zugekehrten Seiten dieser Rahmen 3 und 4 sind die Gitterdrähte 2 aufgebracht.An embodiment of the invention is shown in the drawing in FIG. This figure Fig. 16 shows, on an enlarged scale, the cross section of an electric discharge tube, which in this case is designated as Pentode is formed. The cathode 1 has a rectangular cross section. The long sides of the Cathode surfaces are covered with emission mass and are in line with the grids, which are also flat opposite to. The grids consist of metal frames 3 and 4, which are connected to each other by round struts 5 and 6 parallel position are held in such a way that they are the same distance from the emission surfaces of the cathode own. On the mutually facing sides of these frames 3 and 4, the grid wires 2 are applied.

Das Schirmgitter besteht bei dem Aufbau gemäß dem in Abb. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel aus zwei Teilen 7 und 8, die symmetrisch zu den Steuergitterrahmen angeordnet sind. Um das Schirmgitter herum sind das Bremsgitter 9 und um dieses Gitter wiederum die Anode 11 angeordnet. Der Aufbau dieser Elektroden erfolgt in üblicher Weise mit Streben.The screen grid consists of the structure according to the embodiment shown in Fig. 1 two parts 7 and 8 which are symmetrical to the control grid frame are arranged. The braking grid 9 is around the screen grid and around this grid in turn, the anode 11 is arranged. These electrodes are built up in the usual way Striving.

Die Anode übt auf die aus der Kathode austretenden Elektronen eine Saugwirkung aus, die naturgemäß an den Stellen Null wird, an denen die abschirmende Wirkung der Bleche 3 und 4 auftritt. Diese abschirmende Wirkung tritt aber nicht nur unmittelbar hinter den Blechen 3 und 4 auf, sondern auch in der Nähe der Bleche an den Stellen, an denen die Pfeile 17 und 18 eingezeichnet sind. Wenn die Kathode auf Nullpotential liegt und das Gitter und damit die Bleche 3 und 4 negatives Potential besitzen, so werden die in der Nähe der Kanten der Bleche 3 und 4 vorbeiströmenden Elektronen durch dieses negative Potential der Bleche in Richtung der Pfeile abgelenkt. Wäre nur ein übliches Gitter 2 ohne die undurchlässigen Bleche 3 und 4 vorhanden, so wurden die aus der Kathodenoberfläche austretenden Elektronen infolge der Raumladungswirkungen auffächern. Die abstoßenden Kräfte, die von den Blechen 3 und 4 ausgehen, wirken diesen Raumladungskräften entgegen und bewirken einen Parallellauf der einzelnen aus der Käthodenoberfläche austretenden Elektronen. Man erreicht damit gleiche Laufzeiten für alle Elektronenbahnen und damit die Möglichkeit, die durch das Schrotrauschen bewirkte Rauschkomponente durch das induzierte Gitterrauschen kompensieren zu können.The anode exerts a suction effect on the electrons emerging from the cathode, which is natural becomes zero at the points at which the shielding effect of the sheets 3 and 4 occurs. This shielding effect occurs not only directly behind the sheets 3 and 4, but also in the vicinity of the metal sheets at the points where the arrows 17 and 18 are shown. If the The cathode is at zero potential and the grid and thus the sheets 3 and 4 have negative potential, so the electrons flowing past near the edges of the sheets 3 and 4 are passed through this negative potential of the sheets deflected in the direction of the arrows. Would just be a standard grid 2 without the impermeable sheets 3 and 4 were present, the electrons emerging from the cathode surface were fan out as a result of the space charge effects. The repulsive forces exerted by the Leaving sheets 3 and 4 counteract these space charge forces and cause parallel movement of the individual electrons emerging from the cathode surface. One achieves the same with it Run times for all electron orbits and thus the possibility caused by the shot noise To be able to compensate for the noise component by the induced grating noise.

Bei Schirmgitterröhren wird zusätzlich noch ein ähnlicher Effekt durch die in der Zeichnung dargestellte Ausbildung der Seitenflächen 10 des Schirmgitters erreicht. Diese Seitenflächen sind nämlich in Richtung zur Kathode etwas abgebogen und bewirken damit ebenfalls eine Querkomponente, die auf die zur Anode übergehenden Elektronen einwirkt.In the case of screen grid tubes, there is also a similar effect due to the one shown in the drawing Formation of the side surfaces 10 of the screen grille achieved. This is because these side faces are in Slightly bent towards the cathode and thus also cause a transverse component that is directed towards the Electrons passing through the anode acts.

Bei dieser Anordnung empfiehlt es sich weiterhin, den in der Öffnung der Gitterrahmen erscheinenden Gitterwindungen eine Steigung zu geben, die zweckmäßig kleiner ist als etwa das lVsfache des Abstandes zwischen Gitter und Kathode. Man erreicht damit, daß die in Richtung der Ausdehnung dieser Gitterwindungen sonst auftretenden Laufzeitwinkelstreuungen klein gehalten werden.With this arrangement, it is also advisable to use the one that appears in the opening of the lattice frame To give lattice windings a slope which is appropriately smaller than about lV times the distance between grid and cathode. This achieves that the lattice turns in the direction of extension Otherwise occurring transit time angle spreads are kept small.

Im folgenden soll an Hand der in den Abb. 2 und 3 dargestellten Diagramme gezeigt werden, in wie hohem Maße der Aufbau nach der Erfindung in die technischen Daten einer danach gebauten Röhre eingeht. In Abb. 2 ist zunächst in kartesischen Koordinaten der gitterseitige Rauschleitwert in Abhängigkeit von der erforderlichen Verstimmung aufgetragen. Diese Verstimmung in pF-Werten erscheint auf der Abszissenachse, der gitterseitige Rauschleitwert auf der Ordinatenachse. Die Kurve 12 wurde für eine handelsübliche Röhre, nämlich die EF 80 in Triodenschaltung, die Kurve 13 für eine Versuchspentode in Triodenschaltung, aufgenommen. Es zeigt sich, daß man bei einer Röhre, die die Merkmale der Erfindung besitzt, mit dem Rauschleitwert wesentlich unterhalb des Minimums liegt, der mit Röhren der bisher üblichen Bauart zu erzielen ist.In the following it should be shown on the basis of the diagrams shown in Figs. 2 and 3 how To a large extent, the structure according to the invention is included in the technical data of a tube built thereafter. In Fig. 2, the grid-side noise conductance is initially dependent in Cartesian coordinates applied by the required detuning. This detuning in pF values appears on the Abscissa axis, the grid-side noise conductance on the ordinate axis. The curve 12 was for a commercially available tube, namely the EF 80 in a triode circuit, curve 13 for an experimental pentode in Triode circuit, added. It turns out that a tube which has the features of the invention owns, with the noise conductance is significantly below the minimum that has been achieved with tubes of the previous usual design is to be achieved.

In Abb. 3 ist an Hand eines Diagramms zu erkennen, daß die Versuchsröhre in einem wesentlich höheren Frequenzbereich verwendbar ist als die bereits erwähnte handelsübliche Pentode EF 80. In diesem Diagramm sind auf der Abszissenachse die Frequenz in MHz und auf der Ordinatenachse die zusätzliche Geräuschzahl F_{2 min} aufgetragen. Die KurveA diagram in Fig. 3 shows that the test tube can be used in a significantly higher frequency range than the already mentioned commercial pentode EF 80. In this diagram, the frequency in MHz is on the abscissa axis and the additional noise figure F on the ordinate axis _{Applied for 2 min} . The curve

14 gilt für die EF 80 in Pentodenschaltung, die Kurve14 applies to the EF 80 in pentode circuit, the curve

15 für die mit den Merkmalen der Erfindung ausgerüstete Röhre in Pentodenschaltung, und die Kurve15 for the tube equipped with the features of the invention in a pentode circuit, and the curve

16 für die gleiche Röhre in Triodenschaltung. Eine nähere Erläuterung dieser Meßergebnisse dürfte sich angesichts der klar erkennbaren Vorteile der Röhrenausbildung erübrigen.16 for the same tube in a triode circuit. A more detailed explanation of these measurement results should be possible in view of the clearly recognizable advantages of the tube design.

Claims

Patent claims:

1. Low-noise electric discharge tube for high frequencies, consisting of a cathode with rectangular cross-section and two flat emission surfaces, an anode and at least an intermediate grid which is so designed that it is in addition to the normal

'Control effect on those emerging from the cathode Electrons still electronically in the sense of achieving the same transit times for all Acts electron paths, characterized in that the control grid consists of two parallel to each other, at the same distance from the emission surfaces of the cathode, except for the grid openings made of impermeable sheet metal frame, on the mutually facing sides of the grid wires applied are.

2. Discharge tube according to claim 1, characterized in that this frame to between them lying round struts of the same diameter are attached.

3. Discharge tube according to claim 1 and 2, characterized in that it has a screen grid contains, which in the preferred directions with slots or openings for the passage of the Electron beam is provided.

4. Discharge tube according to claim 1 to 3, characterized in that the screen grid is in two parts is formed and that the ends of each part are bent in the direction of the cathode are that the screen grid is also electron-optically in the sense of achieving the same

Run times for all electron orbits acts on the electrons.

5. Discharge tube according to claim 1 to 4, characterized in that the lattice frame appearing grid turns have a slope that is less than about lV2 times the Distance between grid and cathode.

Considered publications:

German patent specifications No. 690 018, 721331, 696;

Swiss Patent No. 240 675;

D. V. Geppert, "Basic Electron Tubes," New York, 1951, p. 165.

1 sheet of drawings