DE6907956U

DE6907956U - Steuerbare hochvakuum-elektronenroehre

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Publication number: DE6907956U
Application number: DE6907956U
Authority: DE
Original assignee: Patelhold Patenverwertungs and Elektro-Holding AG
Current assignee: Patelhold Patenverwertungs and Elektro-Holding AG
Priority date: 1968-05-21
Filing date: 1969-02-28
Publication date: 1971-01-21
Also published as: CH483116A; ES367380A1; US3610996A; AT282004B; GB1248096A; BE733256A; DE1910132A1; FR2008968A1; NL6810819A

Description

P 500 Sta/Gu

"Patelhold"

Patentverwertungs- & Elektro-Holding AG.,

Glarus (Schweiz)

Steuerbare Hochvakuum-Elektronenröhre

Die Neuerung betrifft eine steuerbare Hochvakuum-Elektronenröhre, deren Elektroden wenigstens angenähert längs zylindrischen Flächen angeordnet sind mit mehreren Glühkathoden und Mittteln zur Erzeugung eines Magnetfeldes parallel zu den zylindrischen Elektrodenflächen, wobei mit Hilfe dieses Magnetfeldes zur Verringerung der Steuerleistung der Elektronenstrom von den auf positivem Steuerpotential befindlichen Steuerelektroden weitgehend abgehalten wird, und ferner mit Abschirmelektroden zwischen jeder Glühkathode und den benachbarten Anodenflächen.

Es ist bekannt, dass bei den Hochvakuum-Elektronenröhren der üblichen Bauart für bestimmte Betriebsarten ins Gewicht fallende Steuerleistungen nicht zu vermeiden sind. Dies ist insbesondere bei Endstufen von Sendeverstarkern der Fall, wo im Arbeitskreis eine möglichst hohe Leistung abgegeben werden soll. Hler genügt es nämlich meist nicht, sich im Betrieb auf

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negative Steuerpotentialwerte zu beschränken, sondern man muss die Steuerelektrode auf relativ hohe positive Werte aussteuern.

Um die durch positive Steuerelektrodenpotentiale bedingte Steuerleistung zu verringern, ist eine Röhre bekannt ge- I

worden (siehe z.B. den Artikel von J.A.Radmer, Cathode Press 20, I965, Nr. 2, S. 22 bzw. von H.Langer, S.51), bei der die Glühkathode aus einer Reihe von Kathodendrähten besteht, die parallel zu den Steuergitterdrähten verlaufen und die je vor einer Lücke zwischen zwei benachbarten Steuergitterdrähten angeordnet sind. Mit Hilfe eines Permanentmagneten wird ein magnetisches Feld parallel zur Haupteinrichtung des Elektronenstromes erzeugt. Durch die Wirkung dieses Feldes werden die von den Kathodendrähten austretenden und in Richtung zur Anode beschleunigten Elektroden in schraubenförmige Bahnen gezwungen, deren Durchmesser bei einem entsprechend starken Magnetfeld genügend klein wird, dass trotz positi\ am Gitterpotential fast alle Elektroden (97 9Ö %) durch die Lücken zwischen den Gitterdrähten zur Anode gelangen.

Ein Nachteil dieser bekannten Rohre besteht jedoch darin,

dass aufgrund der relativ grossen Abstände zwischen den be-ϊ
nachbarten Gitterstäben, der Durchgriff der Anodenspannung

— — - — -» — ν* VWVV V V

entsprechend gross wird, was zu einem relativ kleinen Verstärkungsfaktor führt. Die Verlängerung der Elektronen-Laufzeiten infolge der durch die schraubenförmige Krümmung bedingten Verlängerung der Elektronenbahnen bewirkt als weiteren Nachteil eine Verringerung der Ausgangsleistung bei höheren Frequenzen.

Es ist ferner eine Hoohvakuumröhre vorgeschlagen worden, welche die genannten Nachteile dieser bekannten Röhren nicht aufweist, und bei der überdies alle Elektroden mit Ausnahme der Anode auch bei positiven Elektrodenpotential keinen bzw. nur einen verschwindend kleinen Elektrodenstrum aufnehmen.

Diese Hochvakuumröhre enthält, längs einer ersten zylindrischen Fläche angeordnet, eine Steuerelektrode und ein Anodensystem mit mehreren, längs einer zweiten zylindrischen Fläche angeordneten und der Steuerelektrode zugewandten wirksamen Anoden-Teiloberflächen, sowie je eine zwischen zwei benachbarten wirksamen Anoden-Teiloberflächen angeordnete Glühkathode. Ferner sind mehrere, je zwischen einer Glühkathode und der benachbarten Anoden-Teiloberfläche angebrachte Trennelektroden vorgesehen, welche so tief in den Raum zwischen der Steuerelektrode und den Anoden-Teiloberflächen hineinreichen, dass im stromlosen Zustand das Verhältnis der pro Steuerspannungseinheit an der Glühkathode

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erzeugten elektrischen Feldstärke zu der am gleichen Ort pro Anodenspannungseinheit erzeugten Feldstärke angenähert gleich dem zu erzielenden Röhrenverstärkungsfaktor ist. Während des Betriebes wird in der Röhre ein parallel zu den zylindrischen Elektrodenoberflächen ausgerichtetes Magnetfeld erzeugt.

Bei dieser Röhre beschreiben die von den Glühkathoden ausgehenden Elektronen unter der Wirkung des Magnetfeldes angenähert zykloidenförmige Bahnen. Auf diese Weise werden die . Elektronen auch bei positiven Steuerspannungen weitgehend von der Steuerelektrode abgehalten, was zu einer entsprechend starken Verringerung der Steuerleistung führt. Der bei einer solchen Röhre erreichbare Verstärkungsfaktor ist jedoch relativ klein.

Das Ziel der Neuerung ist eine steuerbare Hochvakuum-Elektronenröhre, bei der einerseits, zur Verringerung der Steuerleistung, die Elektronen mittels eines Magnetfeldes weitge-

hend von der Steuerelektrode abgehalten werden und die andererseits einen relativ hohen Verstärkungsfaktor aufweist.

Die Hochvakuumröhre gemäss der Neuerung ist gekennzeichnet durch Je eine flächenhafte Steuerelektrode zwischen jeweils zwei benachbarten Glühkathoden und durch eine Anode mit mindestens einer zusammenhängenden Anodenfläche ausserhalb der Raumzonen, die je seitlich von zwei benachbarten Steuerelektroden aufgespannt werden.

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Die Neuerung wird anhand der Figuren beispielsweise erläutert: Fig. 1 und 2 zeigen eine erste Röhrenvariante im Längsschnitt bzw. gemäss der Schnittlinie I - I in einem grösseren Massstab im Querschnitt.

Die Röhre weist ein zentrales Steuerelektrodensystem 1 auf, das über den isolierenden Glaskolben 2 mit dem Röhrenfuss 5 verbunden ist. Dieses Steuerelektrodensystem 1 besteht aus einem zylindrischen Hohlkörper 4; der, in Richtung zum Röhrenfuss zu, in ein am Ende abgeschlossenes Stützrohr 5 übergeht. An dem Hohlkörper 4 sind mehrere radial- Platten 6 angesetzt, an deren Enden jeweils mehrere U-förmige, sich in radialer Richtung erstreckende Drahtschleifen 7 befestigt sind. Diese mit Drahtschleifen 7 versehenen Platten 7 bilden jeweils eine der Steuerelektrode 8 der Röhre.

Zwischen zwei benachbarten Steuerelektroden b (Fig. 2) ist je eine Glühkathode in Form eines axial gespannten Kathodendrahtes 9 angeordnet. Zur Unterstützung der Kathodendrähte 9 dient ein Gerüst, das aus einer Reihe von Platinen 10-14 besteht, welche durch eine Anzahl von Abstandsstäben 15-17 miteinander verbunden sind. Die Abstandsstäbe 16 bestehen aus keramischem Isoliermaterial. Dieses Gerüst trägt einerseits an seinen Enden über Keramikisolatoren 18 die Kathodenplatte 19 und andererseits die in. den Isolierbuchsen 20 und 21 axial verschiebbar gelagerten Kathoden-Anschlussstäbe 22. Jeder Katho-

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ρ 500 Ιή

dendraht 9» der mit einem Ende an der Kathodenplatte 19 und mit seinem anderen Ende an den zugehörigen Kathoden-Anschlussstab 22 befestigt ist, wird mittels einer Feder 23 unter Zugspannung gehalten. Die Kathoden-Anschlussstäbe 22 sind über die flexiblen Verbindungen 24 abwechselnd mit dem einen bzw. dem anderen Kathoden-Anschlussring 25 bzw. 26 verbunden. Diese Kathoden-Anschlussringe 25, 26 sind ihrerseits an Kathoden-Anschlussbolzen 27 befestigt, die um 90 gegeneinander versetzt als Kathodenanschlüsse mittels der Glaskolben 28 isoliert durch den Röhrenfuss 3 geführt sind. Die Abstandsstäbe 17 tragen Abschirmbleche 29 mit U-förmigen Querschnitt, deren Oeffnungen in tangentialer Richtung weisen, und die je einen zugehörigen Kathodendraht 9 über einen Winkel von ca. 250° umgeben. Diese Abschirmbleche 29 sind über die Abstandsstäbe 17, der Platine 12, sowie einer flexiblen Verbindung 43 mit einem Abschirmelektroden-Anschlussbolzen 44 verbunden, der mittels des Glaskolbens 45 isoliert durch den Röhrenfuss 3 geführt ist.

Die Steuerelektroden ö und die Kathodendrähte 9 mit ihren U-förmigen Abschirmblechen 29 werden von einem gemeinsamen wendelförmigen Abschirmgitter 30 umschlossen, welches an seinem einen Ende mit einem napfförmigen Gitterkopf 31 versehen und an seinem anderen Ende über einen Haltekonus 32 mit dem Röhrenfuss 3 verbunden ist. Die Stützstäbe des Abschirmgitters 30 sind aus Gründen der Uebersichtlichkeit in

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Fig. 1 nicht dargestellt. Das vom Röhrenfuss 3 aus unterstützte Elektrodensystem b, 9, 29, 30 ist konzentrisch in einem an seinem Boden 33 abgeschlossenen Anodenzylinder 3^ angeordnet, der seinerseits über den Glaskolben 35 mit dem Röhrenfuss 3 verbunden ist.

Zur Erzeugung eines Magnetfeldes mit Feldstärken parallel zur Röhrenachse dient eine in den Figuren nicht dargestellte So- ., lenoidspule, in der der Anodenzylinder 3^ konzentrisch angeordnet ist. Die Kühlung der Röhre erfolgt mit Hilfe eines geeigneten Kühlmittels, z.B. Wasser, das in einem ringförmigen Spalt zwischen der Solenoidspule und dem Anodenzylinder 3²^ strömt, wobei zur Verbesserung der Kühlung der Anodenzylinder 43 mit (in der Figur nicht dargestellten) Kühlrippen versehen ist-.

Die Wirkungsweise der Röhre ist nun folgende: Für den stromlosen Zustand ist das Verhältnis der pro Einheit der Steuerspannung an den Kathodendrähten 9 erzeugten elektrischen Feldstärke E_ zu der am gleichen Ort pro Anodenspannungseinheit

erzeugten Feldstärke E angenähert gleich dem zu erzielenden

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Röhrenverstärkungsfaktor. Da die Oeffnungen der ü-förmigen Abschirmbleche 29 jeweils einer benachbarten Steuerelektrode zugewandt sind, wird die Feldstärke E₁^ durch die Anwesenheit dieser Abschirmbleche praktisch nicht beeinflusst. Der Durchgriff der Anodenspannung auf die Kathoden bzw. die Feldstärke

E_o wird dagegen durch das Abschirmgitter 30, das sich wenigstens angenähert auf Kathodenpotential befindet, und durch die U-förmigen Abschirmbleche 29 stark verringert, so dass ein relativ hoher Verstärkungsfaktor resultiert. Aufgrund des axialen Magnetfeldes bewegen sich die Elektronen auf angenähert zykloidförmigen Bahnen (siehe A in Fig. 2). Die magnetische Feldstärke wird durch Regelung des Solenoidstromes auf einen so hohen Wert eingestellt, dass auch bei dem höchsten positiven Steuerelektrodenpotential infolge der Krümnung ihrer Bahnen praktisch keine Elektronen zu den Steuerelektroden 8 gelangen und also kein merklicher Steuerelektrodenstrom auftritt. Durch Regelung des Potentials der Abschirmbleche 29 auf einen negativen oder geringen positiven Wert, was einer Verschiebung des Kennlinienfeldes entspricht, kann man erreichen, dass für eine Steuerspannung null der Anodenstrom ebenfalls zu null wird.

Um die zur Erzeugung der zykloidförmigen Bahnen nötige magnetische Feldstärke herabzusetzen, ist bei einer weiteren vorteilhaften Röhrenvariante, die in Fig. 3 im Querschnitt dargestellt ist, die Symmetrieebene der Oeffnung des Abschirmbleches 29', im Gegensatz zu der Variante gemäss den Figuren \ und 2, nicht tangential orientiert, sondern ist gegen die Tangente um einen Winkel von 10-40 geneigt. Bei dieser Röhrenvariante muss man gegenüber der Variante gemäss den Figuren 1 und 2 eine Verringerung des Verstärkungsfaktors in Kauf nehmen.

Die bei den beschriebenen Röhrenvarianten benutzen U-förmigen Abschirmbleche 29, 29' bewirken, dass die Steuerspannung von der Seite des Kathodendrahtes 9, die der Oeffnung des Abschirmbleches 29 zugewandt ist, wesentlich mehr Elektronen absaugt, als von der dieser Oeffnung abgewandten Seite. Dadurch wird die Elektronenmission von der dieser Oeffnung abgewandten Seite in wesentlich geringerem Masse ausgenutzt, als von der der Oeffnung zugewandten Seite.

Bei einer weiteren, in Fig. 4 im Querschnitt dargestellten Röhrenvariante, wird eine verbesserte Ausnützung der Elektronenemission erreicht. Bei dieser Röhrenvariante weist das Aktivsystem einen ringförmigen Querschnitt auf. Zwischen je zwei der Kathodendrähte 9¹ ist je eine sich im wesentlichen in radialer und axialer Richtung erstreckende gitterförmige Steuerelektrode 36 vorgesehen. Beiderseits dieser Reihe von Kathodendrähten 9¹ bzw. Steuerelektroden 36 befinden sici. die Wände 37, 3Ö eines ringförmigen Anodenkörpers. Zwischen diesen Anodenkörper-Wänden 37, 3Ö einerseits und den Kathodendrähten 9¹ bzw. den Steuerelektroden ti andererseits, ist Jeweils ein wendeiförmiges Abschirmgitter 39, 40 vorgesehen. Jeder Kathodendraht 9¹ befindet sich zwischen zwei zueinander parallelen Abschirmblechen 11, 42, die zur tangentialen Richtung einenWinkel von ca. 10-40° einschllessen. Die von der Oberfläche der Kathodendrähte 9' emittierten Elektronen werden dabei jeweils nach beiden benachbarten Steuerelektroden 36 hin beschleunigt

I- Λ Λ

5oo

und durchlaufen angenähert zykloidenförmige Bahnen B, von denen einige in Fig. 4 angedeutet sind.

Da bei den beschriebenen Hochvakuumröhren zwischen der Anode und den übrigen Elektroden ein Abschirmgitter angeordnet ist, das sich wenigstens angenähert auf Kathodenpotential befindet und mit der Gerätemasse verbunden werden kann, wird auch ohne Gitterbasis-Schaltung eine weitgehende feldmässige Entkopplung des Anodenkreises vom Steuerkreis ermöglicht.

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Claims

Schutzansprüche

1. Steuerbare Hochvakuum-Elektronenröhre, deren Elektroden wenigstens angenähert längs zylindrischer Flächen angeordnet sind, mit mehreren Glühkathoden und Mitteln zur Erzeugung eines Magnetfeldes parallel zu den zylindrischen Elektrodenflächen, wobei mit Hilfe dieses Magnetfeldes zur Verringerung der Steuerleistung der Elektronenstrom von den auf positivem Steuerpotential befindlichen Steuerelektroden weitgehend abgehalten wird, und ferner mit Abschirmelektroden zwischen Jeder Glühkathode und den benachbarten Anodenflächen, gekennzeichnet durch je eine flächenhafte Steuerelektrode (8, 3(3) zwischen jeweils zwei benachbarten Glühkathoden (9) und durch eine Anode (J4, 37, 38) mit mindestens einer zusammenhängenden Anodenfläche ausserhalb der Raumzonen, die je seitlich von zwei benachbarten Steuerelektroden (8, 36) aufgespannt werden.

2. Hochvakuumröhre gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Nähe jeder Glühkathode (9) als Abschirmelektrode ein Abschirmblech angeordnet ist, welches die Glühkathode

(9) von den benachbarten Anodenflächen, nicht aber von mindestens einer benachbarten Steuerelektrode (8, 36) abschirmt.

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3. Hochvakuumrohre gemäss Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet ί dass zwischen jeder zugehörigen Anodenfläche (j54, 37 > 3Ö) einerseits und der Reihe der Glühkathoden (9* 9¹) und der Steuerelektroden (ti, 36) andererseits eine gitterförmige Abschirmelektrode (30, 39, 40) angeordnet ist.

4. Hochvakuumröhre gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Abschirmelektroden (30, 39, 40) auf Kathodenpotential liegt.

5. Hochvakuumelektronenröhre gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Glühkathode durch einen Kathodendraht (9) gebildet wird, dass ferner das Abschirmblech (29) einen U-förmigen Querschnitt aufweist und den Kathodendraht (9) Über einen Winkel von mindestens 250° umschliesst, wobei die Winkelhalbierende mit der Tangente an der Stelle des Kathodendrahtes (9) einen Winkel zwischen 0-40° sinschliesst

6. Hochvakuumelektronenröhre gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beiderseits der in einer Reihe angeordneten Glühkathoden (9, 9¹) mit den dazwischenliegenden Steuerelektroden (ö, 36) sich je eine Anodenfläche(37, 3Ö) befindet.

7. Hochvakuumröhre gemäss Anspruch 1 oder 2 oder 3*dadurch gekennzeichnet, dass die Glühkathoden (9) und die jeweils

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dazwischenliegenden Steuerelektroden (8) längs einer kreiszylindrischen Fläche angeordnet und von einer wenigstens angenähert kreiszylindrischen Anodenoberfläche (3²O umgeben sind, und dass die Steuerelektroden (8) als Gitter ausgebildet und an einem gemeinsamen zentralen Steuerelektrodenkörper (5) befestigt sind.

Patelhold

Patentverwertungs- und Elektro-Holding AG.