DE1614343A1 - Steuerbare Hochvakuum-Elektronenroehre - Google Patents

Description

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Patelhold" Patentverwertungs-* Elektro-Holding AO.* Olarus (Schweiz)

Steuerbare Hoohväkuum-ElektronenrÖhre

Die Erfindung betrifft eine steuerbare röhre, deren Eleisfrodeh längs zylindriechettMs^ sinö iind bei der uir Vemtinderung 4er $fceu@f^el@t!sng der Eiek-» tronenstrom mit li-ilfe eines^ ma^ietischen FeXdes yon^ den auf positivem SteueV|©^ential befindliöhen Steuerelekti*oden weitgehend abgehalte*, wird* ·

Es ist bekannt, dass bei den HQöhvakuum^ElektronenrBhren dei· ί üblichen Bauart für beetimmte Betriebsarten ins Gewicht fällen- \ de Steuerleietungen nicht zu vermeiden sind. Dies ist ins» ι besondere bei Endstufen von SehdeverstSrkern^ der Fall, wo im Arbeitskreis eine möglichst hohe Leistung abgegeben werden ^ soll. Hier genügt es nämlich meist nicht, eich irc Betrieb auf negative Steuerpotentialwerte zu beschränken, sondern man muss die Steuerelektrode auf relativ hohe positive Werte aus-

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Um die durch positive Steuerelektrodonpotentiale bedingte

Steuerleistung tu verringern, ist eine Röhre bekannt geworden (siehe z.B. den Artikel von J«A· Radmer, Cathode Press " 20, 1965, No. 2, p. 22 bzw,, von HL Langer, p.. Jl), bei der die Glühkathode aus einer Reihe von Kathodendrähten besteht, die parallel zu den Steuergitterdrähten verlaufen und die je vor einer LUcke zwischen zwei benachbarten Steuergitterdrähten angeordnet sind. Mit Hilfe eines Permanentmagneten wird ein magnetisches Feld parallel zur Hauptrichtung des Elektronen« stromes erzeugt* Durch die Wirkung dieses Feldes werden die von den Kathodeiidrähten austretenden und in Richtung zur Anode beschleunigten Elektronen in schraubenförmige Bahnen gezwungen, deren Durchmesser bsi' einem entsprechend starken Hagnetfeld genügend klein wird, dass trotz positivem Gitterpotentlai fast alle Elektronen (97 - 9@^) durch die Lücken zwischen den Gitterdrähten zur Anode gelangen^

Ein Nachteil dieser bekannten Rohre besteht jedoch darin, dass aufgrund, der relativ grossen Abstände zwischen den benachbarten Gitterstäben, der Durchgriff der Anodenspannung entsprechend gross wird, wan zu einem relativ kleinen Verstärkungsfaktor führt. Die Verl&sgerung der-Elektronen-Lauf zeiten infolge der durch die schraubenförmige Krümmung bedingten Verlängerung der Elektronenbahnen bewirkt als weiteren Nachteil eine Verringerung der Ausgangsleistung bei höheren

Ziel der Erfindung 1st ©iß& Kodh¥®teim«Elektronönröhr© 009822/0605

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welche diese genannten Nachteile nicht aufweist und bei der überdies alle Elektroden mit Ausnähme der Anodei; aüek bei positivem Elektrodenpotentlal keinen, bzw,nur einen verschwindend kleinen Elektronenstro» aufnehmen^

Die steuerbare Hochvakuum-Elektronenröhre gemüse der Erfindung ist gekannzeichnet durch mindestens eine längs-einer erstenzylindrischen Fläche angeordnete Steuerelektrode, durch ein Anodensystem mit mehreren, längs mindestens einer zweiten zylindrischen Fläche eageordneten und der Steuerelektrode zugewandten wirksamen Anoden-Telloberflachen* durch je eine zwischen zwei benachbarten wirksamen Änoden^Telloberflachen angeordnete Glühkathode, durch Mittel zur Er*· zeugung eines Magnetfeldes parallel zur Erzeugenden^der zylindrischen Elektrodenfläehen, und durch mehrere plattenförmige je zwischen einer Glühkathode und der benachbarten Anoden-Teiloberfläche angeordnete Trenne.lektroden, welche so tief in dem Raum zwischen der Steuerelektrode und den Anoden-Teiloberflachen hineinreichen, dass im stromlosen Zustand das Verhältnis der pro Steuerspannungseinheit an der Glühkathode erzeugten elektrischen Feldstärke zu der; am gleichen Ort pro Anodenspannungseinheit erzeugten Feldstärke angenähert gleich dem zu erzielenden Röhrenverstärkungsfak ,or

Die Erfindung wird anhand der Figuren beispieleweise erläutert:

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Fig» 1 und 2 zeigen eine erste Höhrenvariante Im Längsschnitt bzw, gemäss der Schnittlinie I - I, in einem grösseren Massstab im Querschnitt.

Die Röhre weist eine zentrale Steuerelektrode 1 mit kreisförmigem Querschnitt auf« die über den isolierenden Glaskolben 2 mit dem Röhrenfuss 3 verbunden ist. Konzentrisch mit der Steuerelektrode 1 ist ein Anodenzylinder 4 angeordnet, der an seinem Boden 5 abgeschlossen und über den Glaskolben ebenfalls mit dem Röhrenfuss 5 verbunden ist. Der Anodenzylinder 4 weist an seiner Innenseite mehrere axiale Nuten auf, welche seine krelszyllndrisohe Innenfläche in mehrere wirksame Anoden-Teiloberflächen 8 aufteilen, wobei innerhalb Jeder Nut 7 eine Glühkathode in Form eines axial gespannten Kathodendrahtes 9 angeordnet 1st.

Zur Unterstützung der Kathodendrähte 9 dient ein Gerüst, das aus Platinen 10 - 14 und einer Reihe von Abstandsstäben 15 - 17 besteht und das ebenfalls mit dem Röhrenfuss 3 verbunden ist. Dieses Gerüst trägt einerseits an seinen Enden über Keramikisolatoren 18 die Kathodenplatte 1$ und andererseits die in den Isolierbuohsen 20 und 21 axial verschiebbar gelagerten Kathoden-Anschlussstäbe 22. Jeder Kathodendraht 9 ist mit einem Ende an der Kathodenplatte 19 und mit seinem anderen Ende an einem zugehörigen Kathoden-Anschlussstab 22 befestigt und wird mittels einer Feder 2> unter axialer Spannung gehalten. Die kathoden-Anschlussct&be 22

sind über die flexiblen Verbindungen 24 abwechselnd mit dem

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einen bzw. dem anderen Kathoden-Anschlussring 25 bzw. 26 _a verbunden.Diese Kathoden-Anschlussringe 25, 26 sind an Kathoden-Anschlussbolzen 27, 28 befestigt* die mittelsder Glaskolben 29, 30 als Käthodenanschlüsse, isoliert durch den Röhrenfuss 3 geführt sind». Jeder Kathodendraht 9 ist von einer zylindrischen Abschirmeinheitmit U-förmigera Querschnitt umgeben, die jeweils an einem Abstandsetab Io befestigt ist und somit das Potential des Röhrenfusses annimmt.

Die Schenkel dieser Abschirmeinheit bilden plattenförmlge, Jeweils zwisohen einer Kathode tmd einer benachbarten Anoden* Teiloberfläche 8 angeordnete irennelektroden Jl, <as© Im wesentlielien in Richtung, parallel zu dem vomSteuereiekfcrodenpotential erzeugten elektrischen Feld verlaufen und die soweit in den Raum zwischen Steuerelektroden 1 und den Anoden-Teiloderflächen 8 hineinreichen, dass im stromlosen Zustand das Verhältnis der pro Einhel*· der Steuerspannung an der Glühkathode erzeugten elektrischen Feldstärke E zu der am gleichen Ort pro Anodenspannungseinheit erzeugten Feldstärke E_& angenähert gleich dem zu erzielenden Röhre'-verstärkungsfaktor ist.

Bei sonst gleicher Elektrodenkonfiguration sind diese Feldstärken E. und E₀ und daher auch der zu erzielende Verstärkerfaktör eine Funktion der Tiefe A (Fig. 2) bl& zu der die Trennelektroden ?1 in den genannten Rruib hinelnreiohen_a Die gesuchten Feldstärken E_e und E₁₈ ergeben sich el» Funktion

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von A über die Lösung der entsprechenden Potential-Rand-

* ι τ

wertprobleme für eine Reihe von Werten des Parameters A.

Zur Erzeugung eines Magnetfeldes mit Feldstärken parallel zur Röhrenachse dient eine in der Figur nicht dargestellte Solenoidspule, in der der Anodenzylinder k konzentrisch angeordnet wird. Die Kühlung der Röhre erfolgt mit Hilfe eines geeigneten Kühlmittels z.B. Wasser« das in einem ringförmigen Spalt zwischen der Solenoidspule und dem Anodenzylinder strömt* wobei zur Verbesserung der Kühlwirlcung der Anodenzylinder 4. mit (in der Figur nicht dargestellten)Kühlrippen versehen ist. \

Die Röhre wird nun auf folgende Weise betrieben. Aufgrund des Magnetfeldes bewegen sich dieElektronen auf zykloldförmigen

(Siehe B in Fig. 2)
Bahnen* Die magnetische Feldstärke wird nun duroh Regelung des Solenoidstromes auf einen so hohen Wert eingestellt, dass auch bei dem höchsten positiven Potential der Steuerelektrode keine Elektronen zu ihr gelangen und also kein merklicher Steuerelektrodenstrom auftritt. Bei Steuerspannung null flieset dann wegen der starken Raumladung In der Nähe der Kathoden« drähte 9 und wegen des geringen Durchgriffe der Anodenspannung kein, oder nur ein sehr geringer Anodenstrom, Duroh Regelung des Potentials der Trennelektroden >1 auf einen geringen positiven oder negativen Wert, was einer Verschiebung des Kennlinienfeldes entspricht kann man errelohen, dass für eine Steueripannung null der Anodenstrom ebenfalls su null wird,

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Die in der beschriebenen Röhrenvariante (Figuren 1 und 2) verwendeten U-förmigen Abschirmeinheiten.bewirken,dass die Steuerspannung von der Seite des Kathodendrahtes 9, die der Oeffnung der Abschirmeinheit zugewandt ist, wesentlich mehr Elektronen absaugt, als von der dieser Oeffnung abgewandten Seite. Dies hat zur Folge, dass die Elektronenemission der Kathode von dieser der Oeffnung abgewandten Seite der Kathode im wesentlich geringeren Masse ausgenützt werden kann, als von der der Oeffnung zugewandten Seite.

Bei der in Fig. 5 schematisch im Schnitt dargestellten Röhrenvariante wird eine verbesserte Ausnützung der Elektronenemission erreicht. Die Röhre dieser Variante hat in ihrem Aktivsystem einen ringförmigen Querschnitt. Zwischen zwei Steuerelektroden 32« 33 mit konzentrisch einander zugewandten kreiszylindrischen Oberflächen 34 und 35 befindet sich das Anodensystem in Form eines kreiszylihdrischen Körpers 36/ der eine Reihe von axialen Schlitzen 37 aufweist, in der ^e ein Kathodendraht 9 und zwei Trennelektroden 38 angeordnet sind. Die von der Oberfläche jedes Kathodendrahtes emittierten Elektronen werden dabei jeweils ca. zur Hälfte gegen die Steuerelektrode 32 bzw. gegen 33 beschleunigt und durchlaufen zykloidförmige Bahnen (C), von denen einige in der Figur 3 angedeutet sind. Zur Kühlung der Röhre sind in dem Anodenkörper 36 Kühlkanäle 39 vorgesehen. Qemäss einer weiteren Variante kann die erfindungsgemäßse HochvakuumrÖhre auch als Tetrode ausgeführt werden. Zu diesem

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Zweck wird zwischen Jeder Glühkathode und der Steuerelektrodej im Bereich zwischen den zur Glühkathode gehörenden Trennelektroden zusätzliche gitterförmige Steuerelektroden angeordnet, die Jeweils auf negativem Potential gehalten werden.

In Pig« 4 ist eine ü-fSrmige Abschirmeinheit, wie sie bei der Röhrenvariante nach Fig. 1 und 2 verwendet wird, mit einer derartigen zusätzlichen Steuerelektrode vergrössert im Schnitt dargestellt. In der U-fSrmigen Absohirmeinheit, deren Sahenkel die Trennelektroden 31 formen, sind zwei axiale Stäbe 40 angeordnet, die durch mehrere Gitterstege 41 zu einem"leiterförmigen Gitter verbunden sind.

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Claims (5)

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   ■ Pate η t &. η β ρ r ü ο h et -.".'■■"

   Iy Hoehvßimum-Blekfcronenröhre, deren Elektroden !Enge ssylindri* sehen Flächen angeordnet sind und bei der xur Verhinderung der Steuerleistung der Elektronen« trom mit Hilfe eine« magnetischen Feldes von den auf positive» Steuerpotential befindlichen Steuer« elektroden weitgehend Abgehalten wird* gekennzeichnet durch raindeetens eine länge einer er«ten zylindrischen Fltohe ftngeordnete steuerelektrode (χ), durch ein Anodensyatsa mit Mehreren lMnge mindeetene einer zweiten xylindricohen PlMöhe angeordneten und der Stetserelektrode 5Eugewsndt«n wirkaeeaen An©den*T®iloberflMohen (S)_ß durch j# ®itm swisohen. sirei tefE@@&MlF%@n wirksamen Anod ^»reiloberfiaoh*n (S) angeerdJiet« ®l»kstfe®ä# (9), duroh Mittel zur Erseugiins eines Nftsnetfelde® p&rallel sur Iraeugenden der zylindrischen Slektrodenflttahen_t und duroh mehrere plattenfurmiffe je zwieohen einer Glühkathode (9) und der benachbarten Anoden-Teilobertlltohe (8) angeordnet« Trennelektroden (31, 38), welche so tief (A) In d·» Reu» iwiechen der Steuerelektrode (1) und den Anoden-Teilob«rflHohen (8) hineinrelohen, dass ie »troBloeen Zustand da« VerhKltnii der pro Steuerepannunsaeinheit an der OlUhkathod· (9) eneugten «lektrieohen feld» ■tärke η» der a» gleichen Ort pro Anodenepannuneseinheit erieugten Peldstltrke angenMisert gleieh de« tu ersielenden löhrenverst*rkun«sfaktor int.
2. 2. Bteuerbare KoehVÄkuue-llektronenröhre geMiss Anspruch 1, dadurch gekennsei«hne%, a*am die Steuerelektrode (1) eine

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   kreissylindrisehe Oberfläche aufweist, dass das Anodensyste« . durch einen zur Steuerelektrode (1) konzentrischen Anoden zylinder (4) gebildet wird, der in seiner der Steuerelektrode (1) zugewandten Oberfläche mehrere axiale Nuten (7) aufweist, die diese innere Oberfläche des Anodenzylinders (4) in mehrere wirksame Anoden«Tel!oberflächen (8) aufteilen und die Je zur Aufnahme einer Glühkathode (9) dienen, und dass die beiderseits jeder Glühkathode (9) angeordneten Trennelektroden (31, 38) zu einer xylindrleohen Absehimelnhtit mit U~f8r»ige» Querschnitt verbunden sind,
3. 3. Steuerbare HechveltiHU!i«Blektronenruhre nach Anspruch 2, dadurch ge kenn*· lohnet, dass der Anodenzylinder (4) die Steuerelektrode (1) konzentrisch umgibt und an seiner Aussenseite gekühlt wird.
4. 4· Steuerbare Hoohvakttum~Elektronenruhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Steuerelektroden (32, 23) mit konzentrischen einander zugewandten kreiszyllndrlsohen Oberfl lohen (34, 35) vorgesehen sind, dass das Anodeneyeten aus eines konzentrisch zu den Steuerelektroden (32, 33) angeordneten kreiszyllndrlsohen Körper (36) besteht» der eine Reihe von axialen Sehlitzen (37) zur Aufnahae von je einer 01Uhkathode und den zugehörigen Trennelektroden (38) aufweist*
5. 5. Steuerbare HoohYRlcuue-llektronenröhre naoh Ansprueh 1, daduroh gekennzeichnet, dass swisohen Jeder Olflhkathode (9) und der Steuereltktrede (1) Im Bereich zwischen den zur

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   (9) gehörigen Tr«iwjelektro<l·» pi) liehe gitterföreiige s*eue»lelctroäeB (*O, *ϊ) aaf§ordnet sind.

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