DE1129239B - Steuerbare Hochvakuum-Verstaerkerroehre ohne Heizerkreis und Verfahren zum Betrieb der Roehre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine steuerbare Hochvakuum-Verstärkerröhre, die unter anderem eine Kathode ohne Heizerkreis und eine Starterelektrode besitzt.

Verstärkerröhren mit thermionischen Kathoden haben gegenüber Transistoren unter anderem den wesentlichen Nachteil, daß bei ihnen eine zusätzliche Heizleistung aufgebracht werden und dazu eine entsprechende Heizspannung vorhanden sein muß.

Es ist deshalb bereits eine steuerbare Hochvakuum-Verstärkerröhre mit einer Kaltkathode bekanntgeworden, die als Emissionsschicht eine sehr dünne Magnesiumoxydschicht besitzt, an deren Oberfläche vermutlich durch eine positive Aufladung ein starkes für den Elektronenaustritt ausreichendes elektrisches Feld entsteht. Gestartet wird die Röhre mit einem Glühdraht in einem Starterkreis.

Es ist weiter ein Verfahren zur Herstellung derartiger Kaltkathoden bekannt, bei dem eine stark porige Magnesiumoxydschicht auf einen Metallträger, vorzugsweise mit Magnesium als Zwischenschicht, in üblicher Weise als Suspension aufgebracht und thermisch aktiviert wird.

Die Nachteile dieser bekannten Kathode bestehen vor allem darin, daß die Emission sich recht inhomogen über die Emissionsschicht verteilt und Elektronen sehr unterschiedlicher Anfangsgeschwindigkeiten liefert, so daß die betreffende Röhre im Hochfrequenzbetrieb sehr stark rauscht und außerdem relativ hohe Anodenspannungen erfordert.

Der Erfindung liegt folgende Erkenntnis zugrunde: Bei Untersuchungen, vor allem aber im Betrieb von Verstärkerröhren mit thermionischer Kathode, stellt sich der bekannte Zwischenschichtwiderstand als störende Erscheinung ein. Er kommt zustande durch Ausbildung einer schlecht leitfähigen Schicht zwischen der metallischen Unterlage und der eigentlichen emittierenden Oxydmasse. Er äußert sich in Form einer Gegenkopplung, die sich besonders bei tiefen Frequenzen störend bemerkbar macht, und in einer verringerten Lebensdauer der Röhren, da diese Zwischenschicht oft eine Barriere für das Eindringen der zur Aktivierung notwendigen Aktivatoren aus der Nickelunterlage darstellt.

Es ist weiter eine indirekt geheizte Oxydkathode mit einer künstlich erzeugten Zwischenschicht bekannt, bei der in die Emissionsschicht in kleinem Abstand vom Kathodenmetall eine Steuerelektrode eingefügt ist. Bei Verwendung dieser Kathode wird allein die Sperrwirkung der Zwischenschicht ausgenutzt.

Der aus der Oberfläche emittierte Elektronenstrom derartiger Kathoden muß in jedem Fall auch diese

ohne Heizerkreis und Verfahren

zum Betrieb der Röhre

Anmelder:
Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Witteisbacherplatz 2

Dr. rer. nat. Werner Veith, München,
ist als Erfinder genannt worden

Zwischenschicht passieren und erzeugt dort einen Spannungsabfall und damit Joulesche Wärme. Es ist möglich, hinsichtlich der Widerstandsgröße so starke Zwischenschichten zu erhalten, daß die infolge des Emissionsstroms in der Zwischenschicht erzeugte Wärme genügt, um die Kathode auch ohne die übliche Heizung durch einen Heizer auf einer zur Emission ausreichenden Temperatur zu halten. Es stellt sich dabei ein stabiles Gleichgewicht ein, da beim Sinken der Temperatur der Zwischenschichtwiderstand stets größer wird, so daß wieder mehr Wärme erzeugt wird. Allerdings braucht man bei einer Verstärkerröhre mit einer derartigen Kathode einen Zündungsvorgang, der dazu dient, mit einem zunächst kleinen über den Zwischenschichtwiderstand fließenden Querstrom eine gewisse Anfangswärme zu erzeugen, die bereits für eine anfängliche thermische Emission ausreicht.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Hochvakuum-Verstärkerröhre mit thermionischer Kathode, bei der kein üblicher Heizer benutzt wird und die trotz einfachen Elektrodenaufbaus über eine üblich lange Lebensdauer zuverlässig arbeitet.

Erreicht wird dies bei einer steuerbaren Hochvakuum-Verstärkerröhre mit einer allein durch den Emissionsstrom geheizten Kathode und einer Starterelektrode nach der Erfindung dadurch, daß die thermionisch arbeitende, nach Art einer Oxydkathode aufgebaute Kathode einen an sich bekannten künstlich erzeugten Zwischenschichtwiderstand aufweist, der im Betrieb durch den Querstrom (Emissionsstrom) der Kathode (für die Emission ausreichend) aufge-

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heizt wird und daß eine mit der Kathodenschichtoberfläche in Berührung stehende, zum Starten positiv vorgespannte Hilfselektrode vorgesehen ist. Man erzeugt zu diesem Zweck einen künstlichen Zwischenschichtwiderstand in an sich bekannter Weise durch Aufbringen einer isolierenden Schicht zwischen dem metallischen Kathodenträger und der üblichen Emissionsmasse. Geeignete Substanzen hierzu sind z. B. Aluminiumoxyd, Magnesiumoxyd oder Kalziumoxyd, d. h. also die Oxyde der Erdalkali- oder der verwandten Erdmetalle. Als Emissionsschicht werden die bekannten, für Emissionsschichten von Oxydkathoden üblichen Oxyde der Erdalkalimetalle, wie Barium, Strontium und Kalzium, oder bei geringen Strömen auch von Magnesium verwendet, indem sie aus den betreffenden Karbonaten innerhalb des Entladungsgefäßes beim Formiervorgang gebildet werden. Die erwähnte Anfangsemission für den sogenannten Zündvorgang kann man an sich durch lichtelektrischen Effekt oder durch Sekundäremission an der eigentlichen Emissionsschicht erzeugen. Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit für einen Elektronendurchgang durch den Zwischenschichtwiderstand zur Erzielung der Anfangserwärmung besteht darin, daß die Oberfläche der Oxydkathode mit mehreren metallisehen Stäben bedeckt wird, an die z. B. gemeinsam über einen sehr hochohmigen Widerstand direkt die Anodenspannung oder eine entsprechend positive Spannung angelegt wird.

Einzelheiten einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden der Einfachheit halber an Hand der Zeichnung, die rein schematisch gehalten ist, erläutert. In der Zeichnung ist der mit 1 bezeichnete metallische Kathodenträger als Röhrchen ausgebildet, auf dem sich die Zwischenschicht 2 und anschließend daran die eigentliche Emissionsschicht 3 befinden. Unmittelbar auf der Oberfläche der Emissionsschicht sind Metallstäbe 4 — im dargestellten Fall vier Stück — angeordnet, an die über einen sehr hochohmigen Widerstands eine hohe Spannung der Spannungsquelle, z. B, die Anodenspannung, gelegt ist, so daß zwischen 4 und 1 ein die Zwischenschicht so stark erhitzender Strom fließt, daß bereits die Emissionsschicht, wenn auch zunächst geringfügig, zumindest im Bereich der Zündanode zu emittieren beginnt. Die auf diese Weise erzeugte Anfangswärme fließt mehr und mehr auch zu dem übrigen Teil der Emissionsschicht, z. B. zwischen zwei benachbarten Metallstreifen der Hilfsanode, ab, so daß auch dieser Teil der Emissionsschicht zu emittieren beginnt. Dadurch übernimmt die eigentliche Arbeitselektrode 9, 10 den emittierenden Elektronenstrom, der zur weiteren Aufheizxmg der Zwischenschicht benötigt wird, während also die an der Zündanode 4 liegende Zündspannung am hochohmigen Widerstand 5 immer stärker abfällt und auf die weitere Emission bzw. Entladung keinen oder besser keinen wesentlichen Einfluß mehr nimmt.

Die Eigenart der Aufheizung der Schicht bringt es mit sich, daß das Potential der emittierenden Oberfläche gegenüber dem metallischen Kathodenträger, aber auch gegenüber einem etwaigen Steuergitter nur sehr unsicher definiert ist und von Kathode zu Kathode stark schwanken kann. Hinzu kommt, daß bei einer Verstärkerröhre mit einer derartigen Kathode niemals im Betrieb der Fall eintreten darf, daß der Emissionsstrom über längere Zeit, etwa durch Aussteuerung an einem Steuergitter, auf Null absinkt, weil damit automatisch auch die Temperatur der Katahode absinken und die Emission zum Versiegen kommen würde. Eine einfache sonst übliche Intensitätssteuerung mit einem Steuergitter kann bei Röhren mit einer derartigen Kathode nicht verwendet werden. Es wird deshalb bei der in der Figur dargestellten Röhre zur Erzielung einer Verteilungssteuerung mit den übrigen dargestellten Elektroden eine Ablenksteuerung vorgenommen. Der im Betrieb von der Kathode an der Oberfläche 3 austretende Elektronenstrahl 6, der zu einer ersten Anode 7 hin beschleunigt wird, wird mit Hufe einer Steuerelektrode 8, welche sich gegenüber der Kathode auf einem negativen Potential befindet, derart gebündelt, daß der Strahl mehr oder weniger vollständig in die Öffnung einer zweiten Anode 9 eintritt, um damit den dahinter angeordneten Kollektor 10 zu erreichen. Wie leicht einzusehen ist, kann das Verhältnis der auf die zweite Anode 9 bzw. auf den dahinter befindlichen Kollektor 10 auftreffenden Stromanteile verändert werden, während der gesamte Emissionsstrom konstant bleibt, wie es zur Aufrechterhaltung der Emission bei der speziellen gewählten Kathodenart unbedingt notwendig ist. Es kann unter Umständen vorteilhaft sein, die für die Zündung als Hilfsanode fungierenden Metallstäbe derart anzuordnen und auszubilden, daß sie zu dem Vorgang der Verteilungssteuerung mitwirkend herangezogen werden, indem sie zu diesem Zweck ein anderes Potential erhalten.

Das Prinzip der heizerlosen thermionischen Kathode ist keinesfalls auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt.

Claims (8)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Steuerbare Hochvakuum-Verstärkerröhre mit einer allein durch den Emissionsstrom geheizten Kathode und einer Starterelektrode, da durch gekennzeichnet, daß die thermionisch arbeitende, nach Art einer Oxydkathode aufgebaute Kathode einen an sich bekannten künstlich erzeugten Zwischenschichtwiderstand (2) aufweist, der im Betrieb durch den Querstrom (Emissionsstrom) der Kathode (1) (für die Emission ausreichend) aufgeheizt wird und daß eine mit der Kathodenschichtoberfläche in Berührung stehende, zum Starten positiv vorgespannte Hilfselektrode (4) vorgesehen ist.

2. Verstärkerröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von der Kathode (1) der Zwischenschichtwiderstand (2) aus den Oxyden von Erdalkali- und/oder Erdmetallen, insbesondere Aluminiumoxyd, Magnesiumoxyd, Kalziumoxyd, besteht.

3. Verstärkerröhre nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß von der Kathode (1) die Zwischenschicht (2) aus den von der Oxydkathode her bekannten Zwischenschichten hohen Widerstandes bildenden Stoffen besteht.

4. Verstärkerröhre nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfselektrode aus mehreren an der Oberfläche der Kathode (1) gleichmäßig auf den Umfang verteilten Metallstäben (4) (Teilelektroden) besteht und über einen Hochohmwiderstand (5) mit einer positiven, z.B. mit der Anodenspannung verbunden ist.

5. Verstärkerröhre nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch

eine Stromverteilungssteuerung nach dem Ablenkprinzip.

6. Verstärkerröhre nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß für die Stromverteilungssteuerang außer einer Steuerelektrode (8) min- S destens zwei unterteilte oder mit Schlitzen versehene Hilfsanoden (7, 9) vorgesehen sind.

7. Verfahren zum Betrieb einer Verstärkerröhre nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Hilfselektrode (4) und der kalten Kathode (1) ein Querstrom erzeugt wird, der den Zwischenschichtwiderstand (2) durchsetzt und erwärmt und dessen Intensität mit zunehmender Erwärmung automatisch sich verringert oder schalttechnisch verringert wird.

8. Verfahren zum Betrieb einer Verstärkerröhre nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfselektrode (4) der Hilfsentladungsstrecke für die Stromverteilungssteuerung mitbenutzt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 962 282;
USA.-Patentschrift Nr. 2 873 218;
Electronics, 1959, S. 66.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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