DE640687C - Elektronenroehre zur Umwandlung von Stromaenderungen in AEnderungen elektromagnetischer Schwingungen - Google Patents
Elektronenroehre zur Umwandlung von Stromaenderungen in AEnderungen elektromagnetischer SchwingungenInfo
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01K—ELECTRIC INCANDESCENT LAMPS
- H01K11/00—Lamps having an incandescent body which is not conductively heated, e.g. heated inductively, heated by electronic discharge
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- Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)
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
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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)
- 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. Elektronenröhre nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine einseitig eingespannte Anode in Form eines Drahtes, Bandes o. dgl.
- 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. Elektronenröhre nach Anspruch 2 und 3, gekennzeichnet durch an sich bekannte Dämpfungsmittel zur Dämpfung der Schwingung der Anode.
- 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. 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. Elektronenröhre nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Elektronenbombardement ausgesetzte Teil der Anode als Hohlraurnstrahler ausgebildet ist.
- 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. 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. Elektronenröhre nach Anspruch 1bis 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. 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. Elektronenröhre nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Konzentration des Elektronenstrahles Schirmmittel vorgesehen sind.
- 13. Elektronenröhre nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmmittel für die Anode metallisch leitend sind und ein festes Potential, zweckmäßig Kathodenpotential, besitzen.
- 14. Elektronenröhre nach Anspruch 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schirmelektrode aus einem kegelförmigen Blech besteht, durch dessen Spitze die Anode hindurchragt.
- 15. Elektronenröhre nach Anspruch 12 bis 14, gekennzeichnet durch einen an · sich bekannten Konstruktionszylinder zur Konzentrierung des Elektronenstromes.
- 16. Elektronenröhre nach Anspruch 1 bis 15, gekennzeichnet durch die Anwendung an sich bekannter Elektronenoptik (Linsen, Spulen) zur Konzentration des Elektronenstromes.
- 17. Elektronenröhre nach Anspruch 1 bis 16, gekennzeichnet durch die Verwendung an sich bekannter indirekt geheizter Kathoden.
- 18. Elektronenröhre nach Anspruch 1 bis 17, gekennzeichnet durch eine an sich bekannte Raumladungselektrode, zweckmäßig in unmittelbarer Nähe der Anode.
- 19. Elektronenröhre nach Anspruch 1 bis 18, gekennzeichnet durch an sich bekannte Steuerelektroden zur Steuerung des zwischen Kathode und Anode übergehenden Elektronenstromes. €
- 20. Elektronenröhre nach Anspruch 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Gehäusewand als Linse ausgebildet ist.
- 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
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DES106207D DE640687C (de) | 1932-09-11 | 1932-09-11 | Elektronenroehre zur Umwandlung von Stromaenderungen in AEnderungen elektromagnetischer Schwingungen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DES106207D DE640687C (de) | 1932-09-11 | 1932-09-11 | Elektronenroehre zur Umwandlung von Stromaenderungen in AEnderungen elektromagnetischer Schwingungen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE640687C true DE640687C (de) | 1937-01-11 |
Family
ID=7527212
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DES106207D Expired DE640687C (de) | 1932-09-11 | 1932-09-11 | Elektronenroehre zur Umwandlung von Stromaenderungen in AEnderungen elektromagnetischer Schwingungen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE640687C (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1064427B (de) * | 1953-02-21 | 1959-08-27 | Luther Werke Luther & Jordan | Umsetzbare, vorzugsweise zerlegbare Entladeanlage fuer Schuettgut-Transport-behaelter |
DE1140654B (de) * | 1959-07-01 | 1962-12-06 | Siemens Ag | Fotoelektrisch wirkendes Bauelement zum Feststellen, Registrieren oder Messen elektromagnetischer Strahlung, insbesondere fotoelektrisch wirkendes Halbleiterbauelement |
-
1932
- 1932-09-11 DE DES106207D patent/DE640687C/de not_active Expired
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1064427B (de) * | 1953-02-21 | 1959-08-27 | Luther Werke Luther & Jordan | Umsetzbare, vorzugsweise zerlegbare Entladeanlage fuer Schuettgut-Transport-behaelter |
DE1140654B (de) * | 1959-07-01 | 1962-12-06 | Siemens Ag | Fotoelektrisch wirkendes Bauelement zum Feststellen, Registrieren oder Messen elektromagnetischer Strahlung, insbesondere fotoelektrisch wirkendes Halbleiterbauelement |
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