DE672900C

DE672900C - Electron tubes with flat electrodes

Info

Publication number: DE672900C
Application number: DER90875D
Authority: DE
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1933-06-24
Filing date: 1934-06-22
Publication date: 1939-03-14

Description

Elektronenröhre mit ebenen Elektroden Die Erfindung betrifft eine Elektronenröhre mit ebenen Elektroden zum Betrieb mit sehr kurzen Wellen.Electron tube with planar electrodes The invention relates to a Electron tube with flat electrodes for operation with very short waves.

Die praktische Verwendbarkeit der üblichen Röhren erstreckt sich nur bis auf Wellenlängen von etwa ro m herab. Durch gewisse Abänderungen kann man bis auf 3 bis 5 m herabgehen, während für Wellenlängen von r m und weniger sowohl besondere Schaltungen, z. B. Bremsfeldschaltungen, als auch besondere Röhrenformen erforderlich sind, mit denen man bis auf Wellenlängen von 30 cm herunterkommt.The practical usability of the usual tubes only extends down to wavelengths of about ro m. By making certain changes, you can go down to 3 to 5 m, while for wavelengths of rm and less, both special circuits, e.g. B. braking field circuits, as well as special tube shapes are required, with which you can get down to wavelengths of 30 cm.

Bei den üblichen Empfangsröhren sind die Leitungen und Elektroden mit merklichen Induktivitäten und Kapazitäten behaftet. Wenn eine solche Röhre in eine abgestimmte Hochfrequenzverstärkerstufe eingesetzt und die Wellenlänge durch Verringerung der äußeren Induktivität und Kapazität verkürzt wird, bildet der äußere Kreis einen immer kleineren Teil des Gesamtkreises, und gleichzeitig wird eine Verringerung der Verstärkung fühlbar. Bei sehr kurzen Wellen an der unteren Grenze des Abstimmbereiches bilden die Induktivität der Anodenleitung und die Kapazität zwischen Anode und Erde allein einen abgestimmten Kreis, und es tritt überhaupt keine Verstärkung mehr auf. Es sind von der üblichen Bauart abweichende Ausführungsformen von Elektronenröhren bekannt, in denen die Elektroden, die auch eben ausgebildet sein können, an einem Traggerüst aus keramischem Werkstoff befestigt sind. Dadurch allein ist jedoch noch keine hinreichende Eignung solcher Röhren für den Kurzwellenbetrieb gewährleistet, da auch die Art und Weise der Unterbringung des Elektrodensystems im Vakuumgefäß einen wesentlichen Einfluß besitzt." Erfindungsgemäß wird eine Elektronenröhre mit ebenen Elektroden für den Betrieb mit sehr kurzen Wellen in der Weise aufgebaut, daß zumindest ein Teil der Elektroden unter Zwischenlage ringartiger Teile aus Keramik oder Metall oder unmittelbar auf einer zur Elektrodenebene parallelen Grundplatte aus keramischem Material aufgesetzt ist, die von Haltestreben getragen wird, welche längs des größten Umfanges des Vakuumgefäßes eingeschmolzen sind.With the usual receiving tubes are the lines and electrodes afflicted with noticeable inductances and capacitances. If such a tube is in a matched high-frequency amplifier stage is used and the wavelength through Reducing the outer inductance and shortening capacitance forms the outer Circle a smaller and smaller part of the total circle, while decreasing the reinforcement felt. With very short waves at the lower limit of the tuning range form the inductance of the anode line and the capacitance between anode and earth just a coordinated circle, and no reinforcement occurs at all. They are embodiments of electron tubes that differ from the usual design known, in which the electrodes, which can also be flat, on one Support frame made of ceramic material are attached. This alone is still, however such tubes are not sufficiently suitable for shortwave operation, there is also the way in which the electrode system is accommodated in the vacuum vessel has a significant influence. "According to the invention, an electron tube with flat electrodes for operation with very short waves constructed in such a way that at least some of the electrodes with the interposition of ring-like parts made of ceramic or metal or directly on a base plate parallel to the electrode plane made of ceramic material, which is carried by retaining struts, which are melted along the greatest circumference of the vacuum vessel.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, einer Schirmgitterröhre, beträgt der Durchmesser weniger als 18 bis 2o mm, und die entsprechend kleinen ebenen Elektroden sind in einem Abstand von wenigen hundertstel Millimetern parallel zueinander angeordnet. Solche und ähnliche Röhren können in den üblichen Schaltungen als Verstärker, Schwingungserzeuger oder Gleichrichter bei ultrahohen Frequenzen verwendet werden. Die Konstruktion ist auch bei größeren Röhren von Vorteil, besonders dort, wo ein genauer Elektrodenabstand und eine gedrängte und widerstandsfähige Konstruktion gewünscht wird. Durch den neuartigen Aufbau des Elektrodensystems, von dem nachstehend noch weitere Einzelheiten mitgeteilt werden, wird nicht nur eine merkliche Vereinfachung bei der Herstellung der Röhre erzielt, sondern auch die Möglichkeit gegeben, sehr kleine Elektrodenabstände, wie sie bei Kurzwellenröhren gewählt werden müssen, genau einzuhalten und dabei einen verhältnismäßigkapazitäts- und induktivitätsarinen Aufbau sicherzustellen.In one embodiment of the invention, a screen grid tube, the diameter is less than 18 to 20 mm, and the correspondingly small planes Electrodes are parallel to each other at a distance of a few hundredths of a millimeter arranged. Such and similar tubes can in the usual circuits as an amplifier, vibration generator or rectifier at ultra-high frequencies be used. The construction is also advantageous for larger tubes, especially where a precise electrode spacing and a compact and resistant one Construction is desired. Due to the new structure of the electrode system, of which further details are given below, is not only achieved a noticeable simplification in the manufacture of the tube, but also given the possibility of very small electrode gaps, as is the case with shortwave tubes must be chosen, to adhere to exactly while maintaining a proportionate capacity and to ensure inductive structure.

Abb. i und 2 zeigen zwei Ausführungsbeispiele von Schirmgitterrähren gemäß der Erfindung im Querschnitt.Fig. I and 2 show two embodiments of screen grid tubes according to the invention in cross section.

Abb. g zeigt eine Dreielektrodenröhre im Querschnitt.Fig. G shows a three-electrode tube in cross-section.

Abb.4 zeigt die Einzelteile einer Schirmgitterröhre auseinandergezogen.Fig.4 shows the individual parts of a screen grid tube pulled apart.

Abb. 5 zeigt schaubildlich ein aus zwei Hälften bestehendes Gefäß vor dem Zusammenschmelzen.Fig. 5 shows a diagram of a vessel consisting of two halves before melting together.

Abb.6 ist eine übliche Empfängerschaltung mit zwei Röhren gemäß der Erfindung: Die Abb. z bis 5 sind stark vergrößert. In Abb. i sind i das Vakuumgefäß und 2 und 3 Isolatorscheiben, die die indirekt geheizte napfförmige Kathode 4 und die Gitter 5 und 6 tragen. Die napfförmige Anode 7 sitzt an dem Zuführungsdraht 8, der in das Gefäß r eingeschmolzen ist. Die Isolatorscheibe 3 hat ein zentrales Loch g, in dem die Kathode 4 so angeordnet ist, daß ihre obere mit Oxyd bekleidete emittierende Fläche io mit der oberen Fläche der Scheibe 3 in einer Höhe liegt. Auf dieser oberen Fläche ruhen die ringförmigen Träger i3 und z2 der Gitter 5 und 6, wobei der Träger z2 um den gewünschten Abstand zwischen den Gittern 5 und 6 höher ist als der Träger i i. Die Höhe des Trägers i i ist so gewählt, daß sich der richtige Abstand von der Oberfläche der Kathode 4 ergibt.. Die Kathode wird durch einen gewendeltcn Heizdraht 13 geheizt, der in einem Isolierstoff 14 eingebettet ist, welcher einerseits die Wärme innerhalb der Kathode zusammenhält und andererseits die Heizwendel trägt. Die Kathode ist mit dem einen Schenkel der Heizwendel 13 bei 15 elektrisch verbunden, kann aber erforderlichenfalls auch besonders herausgeführt werden. Die Gitter 5 und 6 werden durch Drähte 16, 17, 18 und ig; die durch kleine Löcher in den Scheiben 2 und 3 hindurchgehen, in ihren richtigen Stellungen gehalten. Die Drähte 17 und i8 :sind unter die untere Fläche der Scheibe :2 abgebogen, während die Drähte 16 und i9 durch die Glaswand nach außen gehen und zum Anschluß der Gitter 5 ,.und 6 an die äußeren Stromkreise dienen. Die Drähte 2o und 21 dienen in ähnlicher Weise zum Anschluß der Heizspirale 13 und der Kathode. Ein besonderer' Quetschfuß ist hier nicht vorgesehen, vielmehr sind die Drähte längs des größten Umfanges des Gefäßes nach außen herausgeführt. Die Röhre wird in bekannter Weise durch den Ansatz 46 evakuiert und die Restgase durch das am Ring 34 angebrachte Gitter gebunden.Fig.6 is a conventional two-tube receiver circuit according to FIG Invention: Figs. Z to 5 are greatly enlarged. In Fig. I i are the vacuum vessel and 2 and 3 insulator disks, which the indirectly heated cup-shaped cathode 4 and the grids 5 and 6 carry. The cup-shaped anode 7 sits on the lead wire 8, which is melted into the vessel r. The isolator disk 3 has a central one Hole g, in which the cathode 4 is arranged so that its upper covered with oxide emitting surface io with the upper surface of the disc 3 is at the same level. The annular supports i3 and z2 of the grids 5 and 3 rest on this upper surface 6, with the carrier z2 higher by the desired distance between the grids 5 and 6 is as the carrier i i. The height of the carrier i i is chosen so that it is the correct one Distance from the surface of the cathode 4 results. The cathode is helical through a Heating wire 13 heated, which is embedded in an insulating material 14, which on the one hand the heat holds together within the cathode and, on the other hand, carries the heating coil. The cathode is electrically connected to one leg of the heating coil 13 at 15, but can also be specially brought out if necessary. The grids 5 and 6 are through wires 16, 17, 18 and ig; those through small holes in the discs 2 and 3, held in their correct positions. The wires 17 and i8: are bent under the lower surface of the disc: 2, while the wires 16 and i9 go through the glass wall to the outside and to connect the grids 5, .and 6 serve to the external circuits. Wires 2o and 21 serve in a similar manner for connecting the heating coil 13 and the cathode. A special 'pinch foot is not provided here, rather the wires are along the largest circumference of the vessel led out to the outside. The tube is in a known manner through the extension 46 evacuated and the residual gases bound by the grid attached to the ring 34.

Bei der Ausführungsform gemäß Abb.2 ist nur eine Isolätorscheibe anstatt zweier verwendet, in deren zentraler 'Öffnung die napfförmige Kathode liegt. Diese Kathode wird im Gegensatz zu der ersten Ausführungsform durch eingeschmolzenes Isolationsmaterial in ihrer Stellung gehalten. In die zentrale Bohrung der Isolatorscheibe 22 ist die Kathode 4 so eingesetzt, daß ihre mit Oxyd bekleidete obere Fläche in einer Höhe mit der oberen Fläche der Scheibe 22 abschließt. Nach Einlegen der Kathode werden der untere Teil dieser zentralen Öffnung und auch die seitlichen Zwischenräume mit demselben Isoliermaterial 14 ausgefüllt; das in Abb. i zur Befestigung der'Heizwendel innerhalb der Kathode 4 dient. Man kann- auch die zentrale Öffnung in der Scheibe 22 nur bis zur Tiefe der Kathode 4 :ausbohren und die Kathode in diese Vertiefung einsetzen, die mit kleinen Löchern für die Zuführungsdrähte versehen ist. Im übrigen ist die Konstruktion dieselbe wie bei der ersten Ausführungsform. Da der Abstand zwischen Schirmgitter und Anode bei der Schirmgitterröhre nicht kritisch ist, kann die Anode auf beliebige Weise befestigt werden, entweder wie in den Abb. i und 2 dargestellt oder in ähnlicher Weise wie die Gitter auf der Isolatorscheibe.In the embodiment according to Fig.2, only one Isolätorscheibe is instead two used, in whose central 'opening the cup-shaped cathode is located. These In contrast to the first embodiment, the cathode is made up of melted-down insulation material held in place. In the central bore of the isolator disk 22 is the Cathode 4 inserted so that its oxide-clad upper surface is at one level flush with the upper surface of the disc 22. After inserting the cathode will be the lower part of this central opening and also the lateral spaces with the same insulating material 14 filled; the one in Fig. i for attaching the heating coil inside the cathode 4 is used. You can also use the central opening in the disc 22 only to the depth of the cathode 4: drill out and insert the cathode into this recess insert, which is provided with small holes for the feed wires. Furthermore the construction is the same as that of the first embodiment. Because the distance between the screen grid and anode in the screen grid tube is not critical the anode can be attached in any way, either as in Figs. i and 2 shown or in a similar manner to the grids on the isolator disc.

Die Röhre gemäß Abb.3 unterscheidet sich von den beiden ersten Ausführungsformen hauptsächlich in zwei Punkten; sie ist nämlich eine Dreipolröhre anstatt einer Schirmgitterröhre und enthält ferner aridere Einrichtungen zur Befestigung der verschiedenen Elemente. Die einzige dort vorhandene Isolatorscheibe ist wie die Scheibe 2 in Abb. i ausgebildet, d. h. sie hat keine zentrale Öffnung zur Aufnähme der Kathode. Diese liegt vielmehr auf der oberen Fläche der Scheibe 2, durch die Drähte 23 und 24 gehalten und mit dem einen Schenkel der Heizwendel elektrisch verbunden. Die ringförmigen Gitterträger r i und 12 der Abb. i sind für diese Bauart nicht zweckmäßig, da sie zu dick und zu schwer wären, weil ihre Dicke größer ist als die Höhe der Kathode sein müßte. Aus diesem Grunde wird ein dünnwandiger Metallzylinder 25 verwendet, um das,. Gitter 27 zu tragen und im vorgeschriebenen Abstand von der Kathode q. und der Anode 28 zu halten; dieser ruht auf der oberen Fläche der Scheibe 2 auf und wird durch Drähte 30 und 31 in seiner richtigen Lage gehalten. Der Draht 30 verbindet das Gitter 27 und der Draht 32 die Anode 28 mit dem äußeren Kreis; letztere wird durch die Drähte 26 und 32 in ihrer richtigen Lage gehalten. Der Abstand der Elektroden ist bei dieser Konstruktion durch die Höhe des Zylinders 25 und der Anode 28 bestimmt.The tube according to Fig.3 differs from the first two embodiments mainly in two points; namely, it is a three-pole tube instead of a screen grid tube and also contains other means of fastening the various elements. The only insulator disk present there is designed like disk 2 in Fig. I, ie it has no central opening for receiving the cathode. Rather, this lies on the upper surface of the disk 2, held by the wires 23 and 24 and electrically connected to one leg of the heating coil. The ring-shaped lattice girders ri and 12 of Fig. I are not suitable for this type of construction because they would be too thick and too heavy because their thickness would have to be greater than the height of the cathode. For this reason, a thin-walled metal cylinder 25 is used to. To carry grid 27 and q at the prescribed distance from the cathode. and to hold the anode 28; this rests on the upper surface of the disc 2 and is held in its correct position by wires 30 and 31. The wire 30 connects the grid 27 and the wire 32 connects the anode 28 to the outer circle; the latter is held in its correct position by wires 26 and 32. In this construction, the distance between the electrodes is determined by the height of the cylinder 25 and the anode 28.

Naturgemäß beschränkt sich die soeben beschriebene Konstruktion nicht auf Dreipol-oder Schirmgitterröhren, sondern ist in gleicher Weise für sonstige Mehrgitterröhren verwendbar.Naturally, the construction just described is not restricted on three-pole or screen grid tubes, but is the same for others Multi-grid tubes can be used.

Abb. q., die die Schirmgitterröhre gemäß Abb..i auseinandergezogen darstellt, soll die einzelnen Teile klarer veranschaulichen und bedarf im allgemeinen keiner näheren Beschreibung, da dieselben Bezugszeichen verwendet sind. Das Steuergitter 5 besteht aus einem Metallrüig r r und einem daraufgelöteten Drahtgeflecht 35, das Schirmgitter 6 aus einem Metallring 12 und einem Baraufgelöteten Drahtgewebe 36. Die napfförmige Anode 7 hat dieselbe Größe und Form wie die Kathode q.. Der besseren Übersichtlichkeit halber sind die Löcher in der Scheibe 3 für die Zuführungsdrähte der Gitter 5 und 6 nebeneinander gezeichnet, während in Wirklichkeit die äußeren Löcher der größeren Festigkeit halber gegen die inneren praktisch um 9o° versetzt sind.Fig. Q., Which pulled apart the screen grid tube according to Fig..i represents, is intended to illustrate the individual parts more clearly and is generally required no further description, since the same reference numerals are used. The control grid 5 consists of a metal frame r r and a wire mesh 35 soldered on it, the Screen grid 6 made of a metal ring 12 and a wire mesh 36 soldered on to the bar. The cup-shaped anode 7 has the same size and shape as the cathode q .. The better one For the sake of clarity, the holes in the disk 3 are for the lead wires the grids 5 and 6 are drawn side by side, while in reality the outer ones Holes practically offset by 90 ° from the inner ones for the sake of greater strength are.

Abb. 5 zeigt das Gefäß und den Elektrodenaufbau vor dem Einschmelzen. Die beiden hutförmigen Teile 37 und 38 haben Flansche 39 und 40. Vor dem Einschmelzen wird der Elektrodenaufbau 44 der hier nur schematisch dargestellt ist, durch die Zuführungsdrähte 42, 43 und 44 festgelegt, die auf dem Flansch q.o aufruhen. Die obere Hälfte 37 des Gefäßes mit der an dem bei 45 eingeschmolzenen Draht 8 hängenden Anode 7 liegt auf den Zuführungsleitungen 42, 43 und Dann werden die Flansche 39 und q.o erhitzt, wodurch ein luftdichtes Zusammenschmelzen der beiden Hälften 37 und 38 herbeigeführt wird. Anschließend werden die Zuführungsdrähte an verschiedenen Punkten längs des größten Umfanges befestigt und das Gefäß durch den Stutzen 46 entlüftet.Fig. 5 shows the vessel and the electrode structure before melting. The two hat-shaped parts 37 and 38 have flanges 39 and 40. Before being melted down is the electrode structure 44, which is only shown schematically here, by the Feed wires 42, 43 and 44 are set, which rest on the flange q.o. the upper half 37 of the vessel with the hanging from the wire 8 melted at 45 Anode 7 lies on the supply lines 42, 43 and then the flanges 39 and q.o heated, whereby an airtight fusion of the two halves 37 and 38 is brought about. Then the lead wires are attached to different Points attached along the greatest circumference and the vessel through the nozzle 46 vented.

Eine der vielen möglichen Schaltungsarten ist in Abb. 6 dargestellt. Die Schirmgitterröhre 4.7, die gemäß Abb. i ausgebildet sein möge, arbeitet als Hochfrequenzverstärker für die von der Antenne 48 aufgenommenen Signale. Die Dreipolröhre 4.9, die gemäß Abb.3 ausgebildet sein möge, arbeitet als Detektor; die Signale werden dann-im Lautsprecher 5o hörbar gemacht. Die anderen Teile (Spulen 51 und 52, Abstimmkondensatoren 53 und 5q., Batterien 55 und 56 usw.) sind ebenfalls in bekannter Weise angeordnet. Diese beiden Röhren sind mit zufriedenstellendem Ergebnis in mehrstufigen Empfängern verwendet worden.One of the many possible circuit types is shown in Fig. 6. The screen grid tube 4.7, which may be designed according to Fig. I, works as High frequency amplifier for the signals picked up by the antenna 48. The three-pole tube 4.9, which may be designed as shown in Fig.3, works as a detector; the signals will be then-made audible in the loudspeaker 5o. The other parts (coils 51 and 52, tuning capacitors 53 and 5q., Batteries 55 and 56 etc.) are also arranged in a known manner. These two tubes work well in multi-stage receivers been used.

Da Röhren von der üblichen Größe noch recht gut bei Wellenlängen von 5 m arbeiten, sind Röhren für 5o cm Wellenlänge gemäß der Erfindung mit Abmessungen ausgeführt worden, die etwa 1/1o der Abmessungen der üblichen Röhren betragen und bei denen die Elektrodenabstände von der Größenordnung von l/io mm waren. Die Kathoden waren mit dem üblichen Gemisch von Barium- und Strontiumoxyd bekleidet und die Gitter aus dem feinsten Drahtgewebe hergestellt, ungefähr 64 Maschen je Quadratzentimeter. Die Gittertragringe i i und z2 wurden sehr genau bezüglich ihrer Höhe hergestellt, so daß man einen sehr genauen Abstand und eine sehr genaue Lage der Gitter erhielt. Die statischen elektrischen Eigenschaften einer so hergestellten Röhre waren mit denen einer üblichen Dreipolröhre ohne weiteres vergleichbar. Beispielsweise betrug bei einer Anodenspannung von 67,5 Volt und Gittervorspannung von -2 Volt die Steilheit 155o Mikroampere/Volt, der Verstärkungsfaktor 15 und der Anodenwiderstand 95oo Ohm; die inneren Kapazitäten waren außerordentlich klein, und zwar von folgender Größenordnung: Gitter: Kathode o,7 ,ußF, Anode: Kathode o,07 ,ccicF, Anode: Gitter o,8 yuF. Diese Röhren arbeiteten in einem Oszillator mit induktiver Rückkopplung, dessen Induktanz aus mehreren Windungen aus dünnem Kupferdraht mit einem Wicklungsdurchmesser von etwa 3 mm bestand und durch die inneren Kapazitäten abgestimmt war. Mit einer Spule von sechs Windungen wurden sehr stabile Schwingungen bei 65 cm Wellenlänge erzeugt, und mit einer Spule von einer Windung konnten Schwingungen von etwa 30 cm bei einer Anodenspannung von 15 Volt und einem Anodenstrom von ungefähr 3 Milliampere aufrechterhalten werden.Since tubes of the usual size still work quite well at wavelengths of 5 m, tubes for 50 cm wavelength according to the invention have been designed with dimensions which are about 1/10 of the dimensions of the usual tubes and in which the electrode spacings are of the order of l / io mm. The cathodes were clad with the usual mixture of barium and strontium oxide, and the grids were made of the finest wire mesh, about 64 meshes per square centimeter. The lattice support rings ii and z2 were manufactured very precisely with regard to their height, so that a very precise spacing and a very precise position of the grids were obtained. The static electrical properties of a tube produced in this way were readily comparable with those of a conventional three-pole tube. For example, with an anode voltage of 67.5 volts and a grid bias of -2 volts, the slope was 155o microamps / volt, the gain factor 15 and the anode resistance 95oo ohms; the internal capacitances were extremely small, namely of the following order of magnitude: grid: cathode o.7, ußF, anode: cathode o, 07, ccicF, anode: grid o.8 yuF. These tubes worked in an oscillator with inductive feedback, the inductance of which consisted of several turns of thin copper wire with a winding diameter of about 3 mm and was tuned by the internal capacitances. A six-turn coil produced very stable vibrations at 65 cm wavelength, and a one-turn coil allowed vibrations of approximately 30 cm to be sustained at an anode voltage of 15 volts and an anode current of approximately 3 milliamperes.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Electron tube with flat electrodes for very short waves, characterized in that at least some of the electrodes are under Liner ring-like Parts made of ceramic or metal or directly placed on a base plate made of ceramic material parallel to the electrode plane which is carried by retaining struts, which along the greatest circumference of the vacuum vessel melted down.

2. Electron tube according to claim T, characterized in that that the supports for the base plate at the same time as power supply to the from this worn electrodes are used.

3. Electron tube according to claim r, characterized in that that the anode is supported by a special wire seal attached to the Axis of the electrode system is led out.

Electron tube according to claim z, characterized in that the control grid is on the side facing away from the anode is led out of the discharge vessel.

5. electron tube according to claim z, characterized characterized in that the grid electrodes are stretched over ring-like ceramic bodies are placed on the ceramic base plate and in their position by dowel pins secured.

6. Electron tube according to claim 5, characterized in that the feeds to the electrodes concerned simultaneously act as the dowel pin take over.