-
Entladungsröhre, in welcher die Verteilung des Entladungsstromes auf
zwei Anoden (eine innere und eine äußere Anode) durch eine Steuerelektrode beeinflußt
wird Die Erfindung betrifft eine Elektronenröhre mit negativer Steilheit. Eine solche
Röhre besitzt mehrere Elektroden und die Eigenschaft, daß eine Zunahme der Spannung
einer Elektrode bei Konstanthaltung afler anderen Spannungen den in einer anderen
Elektrode fließenden Strom verringert.
-
Röhren dieser Art haben verschiedene Anwendungsmöglichkeiten. Bekannt
sind z. B. die Brernsfeldröhren, deren Kathode von einem positiven, stromführenden
Gitter umgeben ist, außerhalb dessen sich eine oder mehrere Elektroden mit niedrigerem
Potential befinden. Ein Ansteigen des Potentials dieser letzten Elektroden verursacht
ein Ab-
nehmen des zu dem die Kathode umgebenden Gitter fließenden Stromes.
-
Bisher verwendete man hierfür Vierpolröhren mit einer Kathode, einem
diese umgebenden inneren, positiv vorgespannten Gitter, einem negativ vorgespannten
zweiten Gitter (Steuergitter) und leiner äußeren, positiven Elektrode (Anode). Die
Röhre wird ge g wöhnlich. im Sättigtingspunkt des Kathodenstrolnes betrieben, so
daß die Elektroneneinission von der Temperatur der Kathode abhängt. Während des
normalen Betriebes wird der Steuerelektrode eine Spannung von solchem Wert zugeführt,
daß der Elektronenfluß von der Kathode sich gleichmäßig auf das innere Gitter und
die Anode verteilt. Ein Ansteigen der Steuergitterspannung vergrößert die Zahl der
Elektronen, welche die Anode erreichen, und verringert die Zahl derer, die zu dem
inneren Gitter zurückkehren. Unigekehrt kehren, wenn die dem Steuergitter zugeführte
Spannung abnimmt, mehr Elektronen zum inneren Gitter zurück und erreichen weniger
-Elektronen die Anode.-Es kann also durch Änderun- der Spannung am Steuergitter
das Verhältnis zwischen der Zahl der Elektronen,- die das innere Gitter erreichen,
und der Elektronen, die die Anode erreichen, verändert werden.
-
Eine solche Zweigitterröhre arbeitet aber unzuverlässig, da sie mit
einer niedrigeren Kathodentemperatur betrieben werden muß als notwendig wäre, um
eine beschränkte Elektronenemission und einen hohen Innengitterwiderstand zu erhalten;
letzterer ist aber für eine Röhre mit hoher negativer Steilheit, bei der also das
Verhältnis der Stromänderting im Stromkreis in der einen Elektrode zu der Spannungsänderung
an der
anderen Elektrode hoch ist, erforderlich. Ein anderer Nachteil
dieser Röhrenart besteht in folgendem: Weil das positive innere Gitter nicht alle
Elektronen aufnimmt, die aus dem Raum zwischen dem äußeren und dem innereil Gitter
zurückkehren, sobald das Potential des äußeren Gitters im Betrieb negativer wird,
sammeln sich einige Elektronen in dem Raum zwischen der Kathode und dem inneren
Gitter und beeinflussen den Kathodenstrom so, daß die negative Steilheit des zum
inneren Gitter fließenden Stromes, bezogen auf die Spannung des äußeren Gitters,
kleiner ist als die positive Steilheit des Anodenstrornes, bezogen auf die Spannung
des äußeren Gitters; oft ist es aber erwünscht, daß diese Steilheiten gleich groß
sind. Die Kapazität zwischen dem inneren und dem äußeren Gitter ist bei dieser Röhrenart
recht hoch und beschränkt die Verwendbarkeit der Röhren für stromgesteuerte Kreise
mit nega,-tivem Widerstand und für Verstärker. Die Verwendung dieser Röhrenart ist
auch deshalb beschränkt, weil sie im allgemeinen keine symmetrischen Kennlinien
hat; es ist nämlich der Strom des inneren Gitters an dem Punkt, wo die beiden vorhin
erwähnten Steilheiten gleich groß sind, höher als der Anodenstrom.
-
Deingegenüber betrifft die Erfindung eine Röhre, die eine große negative
Steilheit und einen symmetrischen Verlauf der Kennlinien aufweist, zuverlässig ini
Betriebe ist und ohne Beschränkungen in Verstärkerschaltungen und in stromgesteuerten
Kreisen mit negativem Widerstand verwendet werden kann.
-
Erfindungsgemäß wird eine Entladun,-sröhre, in der die Verteilung
des Entladungsstromes auf zwei Anoden (eine innere und eine äußere Anode) durch
eine Steuerelektrode beeinflußt wird, derart ausgebildet,.daß die innerhalb der
die Kathode umgebenden Stenerelektrode angeordnete innere Anode gegen die Kathode
durch eine Hilfselektrode derart abgeschirmt ist, daß ein unmittelbarer Elektronenübergang
von der Kathode zur inneren Anode unter Umgehung des Steuerfeldes verhindert wird.
Die Röhre gemäß der Erfindung, besitzt eine größere Verstärkung und einen größeren
Arbeitsbereich als die üblichen Röhren mit negativer Steilheit; sie entspricht einem
Paar von Vierpolröhren, von denen die eine eine negative und die andere eine positive
Steilheit besitzt.
-
Die Röhre gemäß Abh. i bis 3 bestellt aus dem Kolben i i mit
dein Quetschfuß 12, auf dein das Elektrodensystein zwischen zwei Isolierscheiben
13 und 14 aufgebaut ist. Dieses 1,--lektrodensystern besteht aus der Kathode 15,
der zylindrischen Anode j6, einem äußeren Gitter 17, das auch fehlen kann, einem
Steuergitter 18, das gewöhnlich negativ -vorgespannt ist, und einem inneren Schirmgitter
ig, das mit derselben Spannung betrieben -werden kann wie die Anode 16.
-
Erfindungsgemäß wird auf gegenüberliegenden, Seiten de:c Kathode innerhalb
des inneren Schirmgitters ig ein Anodenpaar 2o zweckmäßig in Streifenform angeordnet
und durch eine Leitung 2 1 miteinander verbunden. Dicht neben der Kathode liegen
zwei elektrostatische Schirme :22 in Gestalt rechteckiger Platten, die durch eine
Leitung 23 leitend miteinander verbunden und ferner entweder all die Kathode
oder eine gegenüber dieser negative Spannungsquelle angeschlossen sind. Diese Schirme
sollen verhindern, daß Elektronen von der Kathode 15 die inneren Anoden 2o erreichen,
ohne zuerst durch das Schirmgitter ig hindurchzugehen, das gleichzeitig als Raumladegitter
wirkt. Das Steuergitter 18 wird üblicherweise negativ vorgespannt, um einen Gittetstrom
zu verhindern.
-
Die Arbeitsweise der Röhre hängt von der Steuerung des Elektronenübergangs
von der Kathode nach der inneren und äußeren Anode ab. Bei einer gegebenen, an das
Steuergitter 18 gelegten Spannung verteilt sich der Kathodenstrom auf die innere
Anode:2o und die äußere Anode 16. Wenn das Steuergitter 18 negativer gemacht wird,
kehren mehr Elektronen zu den Anoden 2o zurück, wodurch der zu diesen Anoden fließende
Strom vergrößert wird; wenn jedoch das Steuergitter 18 genügend positiv gemacht
wird, gehen nahezu alle Elektronen durch dieses Gitter nach der äußeren Anode 16,
während der Strom in den inneren Anoden 2o bis auf Null abnimmt. Traktisch müssen
alle Elektronen, die entweder die innere oder die äußere Anode erreichen, zuerst
durch das Gitter ig hindurchgehen. Das Steuergitter 18 ist zu vorgespannt, daß normalerweise
gleich große Ströme zu der äußeren und der inneren A,node fließen.
-
Bei der so ausgebildeten Röhre ist das Stenergitter sowohl gegen die
innere als auch gegen die äußere Anode abgeschirmt, was eine geringe Kapazität gegen
diese Anoden zur Folge hat. Der innere Widerstand ist für jede Anode hoch, was für
die Verstärkungszwecke erwünscht ist. Die inneren Anoden haben einen hohen Widerstand
wegen der Schirme :22, die verhindern, daß das Potential der inneren Anode den Kathodenstrom
merklich beeinflußt, und wegen des Schirmgitters ig, das die Wirkung des Potentials
der inneren Anode auf das Effektivpotential des Steuergitters 18 verringert. Man
braucht deshalb nicht die Kathode mit geringerer als normaler Betriebstemperattrr
zu
betreiben, wie es bei der üblichen Bremsfeldröhre mit negativer Steilheit der Fall
ist, um einen hohen Innenwiderstand zu erhalten. Die negative Steilheit des zur
inneren Anode fließenden Stromes wird durch rückkehrende Elektronen, die den Kathodenstrom
wesentlich beeinflussen könnten, nicht beeinträchtigt, da die meisten der zur Kathode
zurückkehrenden Elektronen durch die inneren Anoden zu beiden Seiten der Kathode
abgefangen werden.
-
Die Kapazität zwischen Stenergitter und Anode, sowohl innere als auch
äußere Anode, Wird sehr klein durch die Schirmgitter 17
und ig; weil der Strom
der inneren Anode nur aus jenen Elektronen besteht, die durch das verzögernde Feld
des Steuergitters zurückgetrieben werden, ist der Strom der- inneren Anode an dem
Punkt, wo die Steilheiten gleich 'sind, praktisch gleich dem Strom der äußeren Anode,
so daß die Röhre eine bessere Symmetrie bezüglich der Steilheit und der Innen- und
Außenanodenströnie besitzt als eine übliche Röhre mit negativer Steilheit.
-
Was die Sekundäremission von den inneren Anoden betrifft, so hat es
sich bei einer Röhre gemäß der Erfindung als möglich herausgestellt, das Raumladeschirmgitterig
mit einer so geringen positiven Spannung zu betreiben, daß im normalen Betrieb die
Spannung an den inneren Anoden niemals unter die Spannung am Schirm sinkt. Aus diesem
Grunde hat die Sekundäremission von den inneren Anoden geringe Folgen, da die Sekundärelektronen
zu den inneren Anoden zurückkehren, die ein höheres Potential haben als die Schirmgitter.
-
Wegen der niedrigen Spannung, die dem Raumladeschirrngitter ig aufgedrückt
wird, ist die Sekundäremission von diesem Gitter auch sehr klein. Unter diesen Umständen
ist ein Fanggitter oft unnötig. Bei der Ausführungsform gemäß Abb. 4 sind jedoch
die inneren Anoden 3o, die als Stäbe ausgebildet sind, von Fanggittern 31 umgeben,
die alle etwaigen unerwünschten Wirkungen. einer noch so geringen Sekundäremission
von den Anoden 30 verhindern. Die Kathodenschirme 32 sind 'gegen die
Kathode gekrümmt.
-
In Abb. 5 sind die Kathodenschirme auch gekrümmt, und die innere
Schirmelektrode 33
liegt dicht neben den inneren Anoden 2o und den Schirmen
32, wodurch eine sehr wirksaine Abschirmung der inneren Anoden gegen einen
unmittelbar von der Kathode kommenden Elektronenstrom erzielt wird. Steuergitter
34 und Schirmgitter 35 haben elliptische Form.
-
Abb. 6 zeigt die Anwendung der Erfindung auf eine Gegentaktschaltung.
Die eine Seite 36 eines Eingangskreises ist mit dem Steuergitter 18, die
andere Seite 37 über die Vorspannungsbatterie 38 mit der Kathode 15
verbunden. Das innere Schirmgitter ig und das äußere Schirmgitter 17 werden durch
die Batterie 39 Positiv gegenüber der Kathode vorgespannt; der inneren und
der äußeren Anode wird durch die Spannungsquellen 39
und 4o dasselbe positive
Potential zugeführt. Bei dieser Schaltung wächst, wenn der Strom zu der Anode 16
abnimmt, der Strom zu den Anoden 2o und umgekehrt, so daß man in dem Transformator
41 die bekannte Gegentaktwirkung mit einer einzigen Röhre, erhält anstatt wie bisher
mit zwei Röhren die außerdem noch zur Erzielung eines zufriedenstellenden Ergebnisses
sorgfältig überwacht werden müssen.
-
Abb. 7 bis io zeigen Kennlinien der inneren Anoden und der
äußeren Anode einer Röhre gemäß der Erfindung. # Man erkennt, daß, wenn die
Steuergitterspannung zunehmend positiv wird, der Strom der inneren Anode abnimmt
und der der äußeren Anode zunimmt und umgekehrt, und daß diese Kurven symmetrisch
zueinander liegen.