DE640687C - Elektronenroehre zur Umwandlung von Stromaenderungen in AEnderungen elektromagnetischer Schwingungen - Google Patents

Description

Bei der Konstruktion von tonf requent zu modulierenden Lichtsendern führen optische bzw. konstruktive! Momente häufig zu dem Bedürfnis nach einer kleinen, mit möglichst geringer Steuerleistung modulierbaren Lichtquelle möglichst hoher spezifischer Leuchtdichte. Gasentladungslichtquellen, wie z. B. Glimmlampen und Bogenlampen, eignen sich teils wegen zu geringer Flächenhelligkeit, teils wegen zu hoher erforderlicher Steuerleistung nicht hierfür.

Es wurden schon gewöhnliche, durch Joulesche Wärme beheizte Glühlämpchen geeigneter Konstruktion versucht, doch führten diese Versuche nicht zu dem gewünschten Erfolg. Dies kann man vielleicht auf folgenden Grund zurückführen: Um die in .einem Leiterstück durch Änderungen in der aufgenommenen Energie hervorgerufenen Temperaturschwankungen beispielsweise in äquivalente Helligkeitsänderungen zu überführen, ist es notwendig,· das Verhältnis der abgestrahlten Energie zur .abgeleiteten Energie möglichst groß zu machen. Das kann im Falle eines durch Joulesche Wärme erhitzten Leiterstückes jedoch nicht einfach dadurch geschehen, daß man, die Zuführungen zu dem in seiner Temperatur zu modulierenden Leiterstück möglichst dünn macht, da sonst ein um so größerer Teil der modulierten Heizleistung in eben diesen Zuführungen verbraucht und nicht in dem betrachteten Leiterstück freigemacht wird. Es bleibt also nur übrig, .das Verhältnis der abstrahlenden, also wirksamen Oberfläche zur Masse des strahlenden Drahtes zu vergrößern, beispielsweise durch Verwendung von Bändern oder sehr dünnen Drähten die Temperatur des Strahlers bis genau an die Schmelzgrenze zu erhöhen, und gleichzeitig auf die bei hoch belasteten Glühlampen sonst übliche Schutzatmosphäre zu verzichten. Alle diese Gesichtspunkte erhöhen aber zwangsläufig dieGefahr des Durchbrennens an einer Stelle bei gelegentlicher Übersteuerung (Aufschlagen des Mikrophons und ähnliches). Als weiterer Nachteil ist die Form ,der leuchtenden Fläche zu nennen (schmale, langgestreckte'Fläche), die sich für optische ,Abbildungen in vielen Fällen wenig eignet.

Den erstgenannten Nachteil der thermischen Trägheit hat man dadurch zu beseitigen gewußt, daß man zur Erhitzung des Strahlers nicht die Joulesche Wärme verwandte, sondern ein Elektronenbombardement. Das Prinzip ist folgendes:

Die zur Heizung eines strahlenden Leiterstückes erforderliche Energie wird nicht aus der im gesamten Querschnitt frei werdenden Jouleschen Wärme gedeckt, sondern wird durch die kinetische Energie auftreffender Elektroden geliefert. Hierzu wird beispiels-

*) Von dem Patentsucher sind als die Erfinder angegeben worden:

Dr. Hans Vatter und Dr. Hermann Kessel in Berlin-Charlottenburg.

weise eine Anode im Hochvakuum von einer nah benachbarten Oxydkathode aus mit Elektronen von hinreichender Voltgeschwindigkei£* bombardiert und so auf die gewünschte Ais,.;· beitstemperatur gebracht. Durch eine Steuerelektrode beispielsweise läßt sich die auftref-; fende Elektronenenergie und damit die Temperatur des Strahlers modulieren. Da im Gegensatz zur Strahlungserzeugung durch ίο Joulesche Wärme die modulierte Heizleistung nicht im ganzen Querschnitt, sondern nur an der Oberfläche freigemacht wird, muß sich eine Vergrößerung des abgestrahlten gegenüber dem abgeleiteten Anteil ergeben und damit, wie aus der Einleitung zu entnehmen, eine Verbesserung der Anordnung erzielen lassen.

Ein Nachteil der obengenannten Anordnung liegt jedoch noch darin, daß die Flächenhelligkeit in vielen Fällen nicht ausreicht und auch die Form des Strahlers für viele optische Zwecke unvorteilhaft ist.

Gemäß der Erfindung werden bei einer Elektronenröhre zur Umwandlung von Stromänderungen in Änderungen elektromagnetischer Schwingungen im ultraroten sichtbaren und ultravioletten Spektralbereich, bei welcher ein zwischen einer Kathode und einer Anode übergehender Elektronenstrom durch Elektronenbombardement die als Strahler wirkende Anode erhitzt, an sich bekannte Mittel vorgesehen, um den Elektronenstrom an der Stelle, wo er auf die Anode auftrifft, zu konzentrieren.

Der Fortschritt gegenüber dem Bekannten besteht in erster Linie darin, den überwiegenden Teil der zur Verfügung stehenden Stromänderung in konzentrierter Form an einer einzigen Stelle in Strahlungsänderungen umzuwandeln. Erst hierdurch gelingt es mit Rücksicht auf die Wärmeträgheit der Anode, Modulationsfrequenzen solcher Höhe wirksam anzuwenden, wie sie für Sprachübertragungen nötig sind. Durch diese Konzentrierung an einer einzigen Stelle erreicht man weiter auch* in optischer Beziehung große Vorteile, da es nur so möglich ist, mit Hilfe von Linsen, Spiegeln o. dgl. alle erzeugten Strahlen in einer gewünschten Richtung auszustrahlen.

Ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung zeigt die Fig. 1. Zwischen einer Kathode, beispielsweise einer Glühkathode 1, und einer Anode 2 liegt eine Spannung zwisehen 100 und 300 Volt. Der von der Kathode 1 ausgehende Elektronenstrom trifft auf die Anode 2, bombardiert sie und erhitzt sie. Um die erfindungsgemäße Konzentration der Elektronen auf der Spitze und damit auch die Hauptwärmeentwicklung an der Spitze 3 zu erzielen, umgibt man die Anode mit einem Schirm 4, der zweckmäßig aus Metall besteht und an ein festes Potential, beispielsweise ;; Kathodenpotential, gelegt ist. Als besonders ^üi Afhf bd i

Ausführungsform, insbesondere mit Rücksicht auf die nötigen Abstrahlwinkel, •hat sich für die Schirmelektrode die Form eines Kegelmantels bewährt, durch dessen Spitze die Anode 2 hindurchragt. Dem Elektronenbombardement ist nunmehr tatsächlich nicht die ganze Anode 2 ausgesetzt, sondern nur noch der durch den Kegelmantel hindurchragende Teil 3, auf welchem sich das gesamte Elektronenbombardement zusammendrängt, so daß hier eine ganz intensive Wärmeentwicklung eintritt.

Die Anode 2 als einseitig eingespannten Stab auszubilden, bietet erhebliche Vorteile. Wie eingangs schon gesagt, ist aus strahlungstechnischen Gründen die denkbar höchste Temperatur anzustreben. Bei einem einseitig eingespannten Stab, beispielsweise einem Wolframdraht, besteht nicht die geschilderte Gefahr des Durchbrennens. Mit zunehmender Annäherung an den Schmelzpunkt erhöht sich wohl bis zu einem gewissen Grade die Zerstäubung, doch führt die Zerstäubung nur zu einem allmählichen Abbau der Anode, nicht aber zu einer intensiven Temperaturerhöhung und Beschleunigung des Abbauprozesses, da go infolge der während des Abbaues an der Spitze anwachsenden Raumladung die spezifische Belastung der Anode annähernd gleichbleibt. Die Gefahr eines Durchbrennens ist auch dann vermieden, wenn man einen Wolframdraht beiderseitig einspannt, ihn jedoch nicht durch Joulesche Wärme, sondern lediglich durch Elektronenbombardement vorheizt, jedoch dann den Nachteil in Kauf nimmt, daß Wärme nach beiden Seiten abgeleitet wird.

Bei einer Anodenkonstruktion, wie vorstehend beschrieben, ist es wesentlich, darauf zu achten, daß die mechanische Eigenfrequenz der Anode außerhalb des Hörbereiches der akustischen Schwingungen, also etwa außerhalb der Frequenzen 100 bis 8000 liegt. Rein praktisch wird man die Eigenfrequenz höher legen als die akustischen Schwingungen, da dies einmal aus konstruktiven Gründen einfacher ist, außerdem aber der Vorteil erreicht wird, daß nicht bei Schwingungen unterhalb des Hörbereiches hörbare Harmonische angeregt werden. Man kann die Eigenfrequenz auch dadurch unschädlich machen, daß man an sich bekannte Dämpfungsmittel anwendet, z. B. Glimmerfedern, die am kalten Ende des Drahtes anliegen. Schließlich kann man durch eine kräftige mechanische Konstruktion, indem man beispielsweise Anode und Kathode starr miteinander verbindet, unerwünschte Bewegungen unterdrücken.

Es hat sich als ganz besonders vorteilhaft erwiesen, wenn man die Anode, wie vorstehend schon beschrieben, als einseitig eingespannten Draht ausbildet.. t>a jedoch die leuchtende Fläche dieses Drahtes verhältnismäßig sehr klein ist und das Maximum» des Verhältnisses Oberfläche zu Masse erst bei sehr dünnen Drähten erreicht wird, ist es notwendig, durch geeignete Maßnahmen die

ίο leuchtende Fläche an der Spitz.e des Drahtes zu vergrößern. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß man den leuchtenden Teil als Kugel, Hohlkugel, Drahtgeflecht, Metallfolie, aufgerauhte Fläche o. dgl. herstellt. So kann beispielsweise das Aufrauhen nach einem elektrolytischen Verfahren unter Anwendung übermäßig hoher Stromstärken erfolgen. Da die Stromstärke des Elektronenstromes verhältnismäßig klein ist, so spielt ein im Stromkreis liegender Widerstand eine verhältnismäßig untergeordnete Rolle. Aus diesem Grunde kann man als Strahler auch Stoffe mit schlechter Leitfähigkeit der Wärme und Elektrizität (Halbleiter) verwenden.

Sehr zweckmäßig ist die Verwendung von Tantalkarbid und Wolframkarbid und ähnlichen Stoffen, da man hier einen sehr hochliegenden Schmelzpunkt hat (z.B. 4200⁰), wodurch sich strahlungs.technisch große Vorteile ergeben. Diese Körper müssen natürlich einen sehr niedrigen Dampfdruck besitzen, da sie sonst bei hohen Temperaturen sehr intensiv zerstäuben. Es hat sich weiter als vorteilhaft erwiesen, die beispielsweise! aus einem Wolframdraht bestehende Anode an der Spitze mit Kohlenstoff anzureichern. Diese Karbidbildung kann. beispielsweise dadurch erfolgen, daß man einen Wolframdraht in glühendem Zustande Naphthalin- oder ähnliehen organischen Dämpfen aussetzt. Weitere Ausführungsformen von Röhren gemäß der Erfindung zeigen die Fig. 2, 3 und 4.

In der Fig. 2 ist der Strahler als Kugel 5 ausgebildet, die von einem Draht 6 getragen wird, der bei 7 eingespannt ist. Die Konzentration der Elektronen auf der Kugel wird durch die Schirmelektrode 8 erreicht.

In der Fjg. 3. ist an Stelle der Kugel S ein Geflecht 9 aus Wolframdrähten vorgesehen.

In der Fig. 4 ist der Strahlende Körper als Hohlraumstrahler ausgebildet. Die Hohlkugel 10 wird durch die Halterungen 11 und 12, die bei 13 und 14 eingespannt sind, gehaltert. Eine Konzentrationselektrode 15 sorgt für Konzentrierung des Elektronenstrahles auf der Hohlkugel 10. Der Lichtaustritt is"t in der Pfeilrichtung. Als Elektronenquelle dient die Kathode 16.

In der Fig. 5 ist schematisch eine Elektrödenanordnung dargestellt, welche der Anordnung nach Fig. 1 im wesentlichen entspricht.

ι ist die Kathode, 2 die Anode mit dem herausragenden Teil 3 und der Schirmelektrode4. Zwischen Kathode 1 und Anode 3 ist ein Steuergitter 17 geschaltet, durch welches der von der Kathode zur Anode übergehende Anodenstrom gesteuert werden kann, wodurch eine Steuerung der Temperatur des Teiles 3 der Anode bedingt ist.

Die Konzentrierung des Elektronenstrahles auf einen Brennfleck kann man außer mit Schirmelektroden, wie vorstehend beschrieben, auch durch Anwendung sogenannter Elektronenoptiken erhalten, d. h. durch die Verwendung von Ringspulen oder mechanisch nachgebildeten Linsen.

Als Kathode kann man zweckmäßig außer direkt geheizten Kathoden auch indirekt geheizte Kathoden verwenden, die den Vorteil ergeben, daß man durch geeignete Ausbildung der emittierenden Fläche bei Schwingungen der Anode eine absolute Homogenität des Feldes erreicht.

In Fig. 6 ist eine derartige Anordnung gezeigt. -

Die beispielsweise um den Punkt 18 schwingende Anode 19 besitzt in allen (gestrichelt gezeichneten) Stellungen den gleichen Abstand von der konkav ausgebildeten Kathode 20.

Außer den bereits beschriebenen Steuerelektroden werden selbstverständlich auch noch weitere Elektroden verwendet. Beispielsweise können Elektroden vorgesehen werden, welche die Raumladung unmittelbar vor der Anode auf das gewünschte Maß herabsetzen.

Aus optischen Gründen, insbesondere bei Abbildungen der Lichtquelle mit Hilfe eines Hohlspiegels, kann es vorteilhaft sein, einen Teil der Wandung der Röhre als Linse auszubilden.

In Fig. 7 ist eine derartige Röhre schematisch dargestellt. Das Elektrodensystem dieser Röhre entspricht beispielsweise dem Aufbau nach Fig. 1. In die Wandung 21 ist beispielsweise eine Konvexlinie 22 eingeschmolzen.

Über die Modulation einer Einrichtung gemäß der Erfindung ist folgendes zu sagen:

Die erzeugte Strahlungsenergie steht in funktioneller Beziehung zu den auftreffenden Elektronen. Da es sich vorzugsweise um Hochvakuumentladungen handelt, so kann man zur Modulation jede Methode anwenden, die eine Steuerung des Elektronenstromes erlaubt, das heißt mit anderen Worten, Modulationsmethoden, die aus der Verstärker- und Sendetechnik bekannt sind, können Anwendung finden, ganz gleichgültig, ob es sich um direkte oder indirekte Methoden handelt.

Claims (21)

1. Patentansprüche:

   ι. Elektronenröhre zur Umwandlung von Stromänderungen in Änderungen elektromagnetischer Schwingungen im ultraroten, sichtbaren und ultravioletten Spektralbereich, bei welcher ein zwischen einer Kathode und einer Anode übergehender Elektronenstrom durch Elektronenbombardement die als Strahler wirkende Anode erhitzt, dadurch gekennzeichnet, daß an sich bekannte Mittel vorgesehen sind, um den Elektronenstrom an der Stelle, wo er auf die Anode auftrifft, zu konzentrieren.
2. 2. Elektronenröhre nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine einseitig eingespannte Anode in Form eines Drahtes, Bandes o. dgl.
3. 3. Elektronenröhre nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode mechanisch derart dimensioniert ist, daß die mechanische Eigenfrequenz der Anode außerhalb des akustischen Frequenzbereiches (etwa 100 bis 800 Hz) liegt.
4. 4. Elektronenröhre nach Anspruch 2 und 3, gekennzeichnet durch an sich bekannte Dämpfungsmittel zur Dämpfung der Schwingung der Anode.
5. 5. Elektronenröhre nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode derart vor der Kathode angeordnet ist, daß bei mechanischen Schwingungen der Anode stets dieselbe Feldstärke zwischen Anode und Kathode vorhanden ist.
6. 6. Elektronenröhre nach Anspruch 1 bis S, dadurch gekennzeichnet, daß der von dem Elektronenbombardement erhitzte Teil der Anode als Spitze, Kugel oder Zylinder ausgebildet ist.
7. 7. Elektronenröhre nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Elektronenbombardement ausgesetzte Teil der Anode als Hohlraurnstrahler ausgebildet ist.
8. 8. Elektronenröhre nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Bombardement ausgesetzte Teil der Anode in an sich bekannter Weise aus Drahtgeflecht hergestellt ist.
9. 9. Elektronenröhre nach Anspruch 1 bis· 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des vom Elektronenstrom getroffenen Teiles der Anode zur Erhöhung der Abstrahlung in an sich bekannter Weise aufgerauht ist.
10. 10. Elektronenröhre nach Anspruch 1

    bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode an der dem Elektronenbombardement ausgesetzten Stelle zur Erhöhung ihrer Temperaturbeständigkeit in an sich bekannter Weise mit einem kohlenstoffhaltigen Überzug versehen ist.
11. 11. Elektronenröhre nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Elektronenbombardement ausgesetzte Teil der Anode aus einem schwer schmelzbaren Halbleiter, beispielsweise Wolframcarbid, Tantalcarbid o.dgl., besteht.
12. 12. Elektronenröhre nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Konzentration des Elektronenstrahles Schirmmittel vorgesehen sind.
13. 13. Elektronenröhre nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmmittel für die Anode metallisch leitend sind und ein festes Potential, zweckmäßig Kathodenpotential, besitzen.
14. 14. Elektronenröhre nach Anspruch 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schirmelektrode aus einem kegelförmigen Blech besteht, durch dessen Spitze die Anode hindurchragt.
15. 15. Elektronenröhre nach Anspruch 12 bis 14, gekennzeichnet durch einen an · sich bekannten Konstruktionszylinder zur Konzentrierung des Elektronenstromes.
16. 16. Elektronenröhre nach Anspruch 1 bis 15, gekennzeichnet durch die Anwendung an sich bekannter Elektronenoptik (Linsen, Spulen) zur Konzentration des Elektronenstromes.
17. 17. Elektronenröhre nach Anspruch 1 bis 16, gekennzeichnet durch die Verwendung an sich bekannter indirekt geheizter Kathoden.
18. 18. Elektronenröhre nach Anspruch 1 bis 17, gekennzeichnet durch eine an sich bekannte Raumladungselektrode, zweckmäßig in unmittelbarer Nähe der Anode.
19. 19. Elektronenröhre nach Anspruch 1 bis 18, gekennzeichnet durch an sich bekannte Steuerelektroden zur Steuerung des zwischen Kathode und Anode übergehenden Elektronenstromes. _€
20. 20. Elektronenröhre nach Anspruch 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Gehäusewand als Linse ausgebildet ist.
21. 21. Verfahren zur Herstellung einer Anode nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wolframdraht in glühendem Zustande Naphthalindämpfen oder anderen organischen Dämpfen ausgesetzt wird.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen