DE681990C - Verfahren zur Erzeugung von Schwingungen, zur Verstaerkung oder zur Modulation, unter Benutzung einer dynamischen Sekundaerelektronenroehre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektronenvervielfacher und bezieht sich besonders auf die Verwendung einer derartigen Elektronenröhre als Schwingungserzeuger, Verstärker, Modulator usw.

Es sind dynamische Elektronenvervielfacher bekannt, die ein Paar einander gegenüberliegender Auslöseelektroden mit einer dazwischenliegenden Anode enthalten. Diese Röhren sind mit einem Schwingungskreis zusammengeschaltet, der annähernd auf die Laufzeitfrequenz der Sekundärelektronen abgestimmt ist.

Es ist auch schon vorgeschlagen worden, den einander gegenüberliegenden Auslöseelektroden ein und dasselbe Potential zu erteilen. Die vorliegende Erfindung kann als weitere Ausbildung derartiger Anordnungen aufgefaßt werden,

Gemäß der Erfindung wird zur Erzeugung von Schwingungen, zur Verstärkung oder zur Modulation zwischen Anode und Auslöseelektrode einer Sekundärelektronenröhre außer einer Gleichspannung eine Wechselspannung angelegt, deren Schwingungsdauer lang ist gegen die Laufzeit der Sekundärelektronen in der Röhre. Es wird zweckmäßig eine Röhre benutzt, die nur zwei Elektroden enthält, von denen eine z. B. die andere umgibt. Zweckmäßig wird die äußere Elektrode als Auslöseelektrode ausgebildet und mit einer inneren Oberfläche versehen, die bei Beschießung mit Elektronen mehr Sekundärelektronen abgibt, als Primärelektronen auftreffen, wenn die letzteren genügende Geschwindigkeit besitzen. Die innere Elektrode hat ein positives Potential und wird daher als Anode bezeichnet. Eine Anzahl von

Elektronen schwingt in dem Raum zwischen den Elektroden unter dem Einfluß des den Elektroden aufgedrückten -Potentials und trifft auf die Auslöseelektrode mit genügender Geschwindigkeit auf, um eine Zahl von Sekundärelektronen auszulösen, die die Zahl der Primärelektronen übertrifft. Es wird daher ein Strom aus der Gleichstromquelle, die zwischen den Elektroden Hegt, fließen. Ein ίο Spannungsabfall, der von diesem Strom erzeugt wird, dient dazu, den schwingenden Elektronen die genügende Auftreffgeschwindigkeit zu erteilen. Der Schwingungsvorgang unterhält sich daher selbst, und es kann ein verhältnismäßig großer Betrag Schwingungsenergie dem Stromkreis entnommen werden. Die Energie stammt aus der Gleichstromquelle, deren Spannung genügend groß gewählt ist, um Sekundärelektronen auszulösen.

Damit die Schwingungen auch von selbst in Gang kommen, müssen etwas höhere Anforderungen gestellt werden. Es ist jedoch nicht notwendig, daß die Austrittsarbeit der Kathodenoberfläche besonders niedrig gemacht wird. Es wurde festgestellt, daß bei Verwendung von Kupfer für die Kathode die Oberfläche genügend empfindlich für die Ingangsetzung ist, wenn sie z. B. mit einem aufgedämpften Aluminiumüberzug versehen ist. Die' Austrittsarbeit an der Oberfläche der Auslöseelektrode läßt sich natürlich durch Alkalimetallüberzüge, wie z. B. Cäsium oder Cäsiumoxyd, noch weiter herabsetzen. Die Oberfläche ist jedoch stabiler und gleichmäßiger, wenn Metalle mit höherem Schmelzpunkt, wie. z. B. Aluminium, benutzt werden. Die Röhre kann als Schwingungserzeuger oder auch als Kraftverstärker oder Modulator verwendet werden.

Die Figuren zeigen zwei Ausführungsbeispiele. Fig. ι ist ein Längsschnitt durch eine Hochleistungsröhre mit Wasserkühlung, Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch die Röhre, Fig. 3 eine Außenansicht einer Röhre, Fig. 4 ein Prinzipschaltbild und Fig. 5 ein Schaltbild einer Gegentaktanordnung.

Die Röhre der Fig. 1 ist besonders für die Erzeugung einer Hochfrequenz großer Energie gedacht. Sie enthält eine metallische Auslöseelektrode ι zylindrischer Form, deren eines Ende 2 geschlossen ist, während das gegenüberliegende Ende 3 offen und am Rand mit einem Glas- oder Quarzfuß 4 verschmolzen ist, so daß die Auslöseelektrode selbst einen Teil der Röhrenhülle bildet. Diese Konstruktion wurde gewählt, um die Auslöseelektrode besser kühlen zu können. Bei kleineren Röhren wird zweckmäßig dieAuslÖseelektrode ganz im Innern der Glashülle nach Fig. 3 untergebracht. Da die Auslöseelektrode 1 zweckmäßig aus Kupfer besteht, wird sie mit dem Glaskörper 4 durch eine Verschmelzung S verbunden. Der Glaskörper enthält einen doppelten Fuß 6. Der Außenring 7 des Fußes trägt eingeschmolzene Stützen 9, die sich in das Innere der Auslöseelektrode erstrecken und eine Anodenspirale 10 aus verhältnismäßig dünnem Draht tragen. Die Spirale wird zweckmäßig so angeordnet, daß sie koaxial zur Auslöseelektrode liegt. Die Anode besitzt eine Ausführung 11.

Der mittlere Teil 12 des Fußes 6 trägt eine Glühkathode 14, die über die Drähte 15 geheizt wird, und eine Steuerelektrode 16, die sich entweder in der Nähe oder direkt in der Bahn der Elektronen befindet, die von der Kathode 14 ausgehen. Die Steuerelektrode 16 ist im vorliegenden Fall als Kappe ausgebildet, die eine axiale öffnung 17 für den Durchgang der Elektronen aufweist. Auch die Steuerelektrode besitzt eine Ausführung 19. Die Stützen 9 tragen eine Anodenscheibe 20, die ebenfalls eine axiale Öffnung hat, wobei die öffnungen in der Anodenscheibe und in der Steuerelektrode in einer Flucht liegen. Die Anodenscheibe 20, die Steuerelektrode 16 und die Kathode 14 bilden ein Strahlerzeugungssystem, das Elektronen in den Raum der Auslöseelektrode hineinschießt bzw. in den Raum, der von der Anode umgeben ist. Es braucht jedoch nur ein außerordentlich schwacher Elektronenstrom hier erzeugt zu werden. Bei einer io-kW-Röhre z. B. genügt ein Elektronenstrom von 2 bis 4 mA. Die innere Oberfläche 2 3 der Auslöseelektrode wird während der Entlüftung mit einer Aluminiumschicht versehen.

Fig. 4 zeigt eine Schaltung der Röhre. Die Anode 9,10, 20 liegt am positiven Ende einer 10c Anodenspannungsquelle 21 von z. B. 50 000 V, deren negative Seite geerdet ist. Die Spannungsquelle kann durch einen Kondensator 22 überbrückt sein. Die Auslösekathode 1 ist mit einem abgestimmten Kreis verbunden, der aus einer Spule 24 und einer veränderlichen Kapazität 25 besteht. Das gegenüberliegende Ende des Resonanzkreises ist geerdet, so daß der abgestimmte Kreis in Reihe mit der Anode und Auslöseelektrode liegt.

Die Kathode 14 wird in beliebiger Weise geheizt und die Steuerelektrode 16 durch eine Vorspannungsquelle 26 auf ein geeignetes Potential gebracht. Die Röhre beginnt nach dem Einschalten von selbst zu schwingen und kann als Senderöhre benutzt werden, wenn z.B. bei 27 eine Antenne angekoppelt wird. Der Ausgang kann in beliebiger Weise getastet werden, und der Kathodenstrahl bewirkt ein schnelles Einsetzen der Schwingungen. '

Ein Paar dieser Röhren kann in Gegentaktanordnung für Verstärkungszwecke nach Fig, 5

7· Röhre nach Anspruch 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (20) des Strahlerzeugungssystems als Lochplatte ausgebildet ist, die den Kathodenraum von dem Vervielfachungsraum trennt.

8. Röhre nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Kathode und Anode eine Steuerelektrode, z. B. ein Wehnelt-Zylinder, angeordnet ist.

9. Schaltung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Anode und Auslöseelektrode der Röhre eine Gleichspannungsquelle und ein Schwingungskreis liegt.

10. Schaltung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Röhren nach Anspruch 2 in Gegentakt geschaltet sind.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. benutzt werden. Die Auslöseelektroden ι der beiden Röhren sind über einen Resonanzkreis 32 gekoppelt, dessen Mittelpunkt 34 geerdet ist. Ein Ausgangskreis 35 ist mit diesem Kreis gekoppelt. Die Anoden 10 der beiden Röhren sind miteinander verbunden und liegen an der Anodenspannungsquelle 21. Die Steuerelektroden 16 sind über zwei Hochfrequenzdrosseln 36 verbunden, deren Verbindungspunkt über eine Vorspannungseinrichtung 37 geerdet ist. Die Eingangsspannung wird über einen Kondensator 39 zugeführt. Die beiden Gitter werden außerdem mit Hochfrequenz von einem Schwingungserzeuger 40 gespeist, und zwar über die Kondensatoren 41. Die Glühkathoden sind ebenfalls zweckmäßig verbunden, und ihr Mittelpunkt ist geerdet. Als Oszillator 40 kann wiederum ein Schwingungserzeuger mit Vervielfacherröhre verwendet werden.

   Ein Vervielfacher dieser Art benötigt im Prinzip nur eine axiale Anode geringen Durchmessers und eine die Anode umgebende Auslöseelektrode, um beim Anlegen einer-Spannung ins Schwingen zu kommen. Es ist nur notwendig, entweder das Anodenpotential oder die Abstimmung des Resonanzkreises zwischen Anode und Auslöseelektrode so einzustellen, daß die Laufzeit eines Elektrons von einer Seite der Auslöseelektrode zur anderen eine oder mehrere vollständige Perioden beträgt. Gewöhnlich wird das Anodenpotential und der Resonanzkreis so eingestellt, daß die ganze Periode annähernd gleich der Laufzeit eines Elektrons ist. Die Röhre beginnt auch ohne die Erregung durch das Strahlerzeugungssystem von selbst zu schwingen.

   Es sei angenommen, daß einige Elektronen von irgendeinem Punkt der Auslöseelektrode ausgehen, z. B. infolge des Auftreffens eines freien Elektrons. Diese Elektronen werden nach der Anode zu beschleunigt und benötigen etwa die Zeit einer halben Schwingung, um diesen Punkt zu erreichen. Ist die Phase des in dem Schwingungskreis erzeugten Spannungsabfalls richtig, so ändert die Spannung ihr Vorzeichen, wenn die Elektronen die Anodenspirale durchflogen haben, so daß die Elektronen auch während des Restes ihres Weges beschleunigt werden und beim Auftreffen auf die gegenüberliegende Elektrodenoberfläche Sekundärelektronen auslösen. Diese Elektronen, deren Zahl größer ist als die der auf treffenden Elektronen, nehmen wieder ihren Weg durch die Mitte der Röhre nach der gegenüberliegenden Seite hin.

   In der dargestellten Röhre nimmt die Anode einen beträchtlichen Raum im Innern der Auslöseelektrode ein. Bei einer solchen An-Ordnung arbeitet der Vervielfacher mit verhältnismäßig schlechtem Wirkungsgrad, wenn die Laufzeit der Elektronen etwa gleich einer Schwingungsperiode ist. Da die Elektronen sich während des größten Teils der Zeit in einem feldfreien Raum befinden, sind die Bedingungen für eine wirksame Beschleunigung ungünstig, da nur am Anfang und am Ende der Bahn eine Beschleunigung stattfinden kann.

   Es ist daher zweckmäßig, gemäß der Erfindung die Laufzeit der Elektronen kurz im Vergleich zu der Periode der Schwingung zu machen. Die Vervielfachung beginnt dann, wenn die Auslöseelektrode ihr maximales negatives Potential hat, so daß sie während jedes folgenden Hinundherganges der Elektronen weniger negativ wird. Die Vervielfachung hört auf, wenn die Auslöseelektrode ihr größtes Potential besitzt. In der darauf folgenden Zeit werden die Elektronen von der Anode gesammelt. Der gute Wirkungsgrad bei dieser Art des Betriebes ist dem Umstand zuzuschreiben, daß der Strom im Innern der Röhren einen beträchtlichen Wert nur in dem Augenblick aufweist, wenn die Kathode und die Anode' annähernd die gleiche Spannung besitzen.

   Bei einer derartigen Röhre werden daher an allen Punkten der Oberfläche der Auslöseelektrode Elektronen ausgelöst, die sich auf radialen Bahnen in allen Richtungen durch den Anodenraum bewegen und sich in diesem Raum kreuzen und auf die gegenüberliegende Seite der Auslöseelektrode zu bewegen. Da jedoch die Anode nicht geradlinig ist, sondern in der Mitte des Zylinders einen größeren Raum umschließt, werden die Elektronen nicht in genau radialen oder diametralen Bahnen wandern, sondern in Bahnen, die tangential zu einem Kreis liegen, dessen Radius gleich dem Abstand der Bahn von der Röhrenachse in diesem Punkt ist. Da die Anode verhältnismäßig weitmaschig ist, stört sie den Durchgang der Elektronen nicht wesentlich, und es entstehen Schwingungen in der Röhre, bis ein Gleichgewichtspunkt erreicht ist.

   Diese Zweielektrodenröhre unterscheidet sich von der früher vorgeschlagenen Dreielektrodenröhre dadurch, daß sie der Gleichstrom- 11 ο quelle nur einmal während jeder Schwingung Energie entnimmt, während bei der Dreielektrodenröhre dieses zweimal während jeder Schwingung erfolgt.

   Die Anbringung des Strahlerzeugungssystems bei einer solchen Röhre ermöglicht es, den Schwingungsvorgang und die Vervielfachung in der Röhre zu steuern. Wenn z. B. die Röhre als Oszillator benutzt wird, so verbessert ein Kathodenstrahl von 1 oder 2 mA den Betrieb und macht ihn stabiler, da die Schwingungen nicht nur durch die zufällig