-
Entladungsröhre Die Erfindung betrifft die-Ausbildung des Elektrodensystems
und insbesondere des der Kathode unmittelbar benachbarten Gitters in Entladungsröhren
mit einer Glühkathode, einer Anode und mindestens einem dazwischen angeordneten
Gitter.
-
Es ist - bekannt; daß die Steilheit der Anodenstrom-Gitterspannungs-Kennlinie
um. so größer wird, je näher das Steuergitter an die Kathode herangebracht wird.
Man ist dabei bereits auf Abstände von weniger als z mm gekommen; wobei man- natürlich
,für eine besonders stabile Halterung und Konstruktion dieser Gitterelektrode Sorge
tragen muß, damit keine Deformationen und infolge davon Kurzschlüsse zwischen Kathode
und Steuergitter oder zumindest Änderungen des Kennlinienverlaufs -eintreten können.
Neben diesen mechanischen Eigenschaften mu.ß aber auch der Ausbildung der Steuergitterelektrode
mit Rücksicht auf die durch sie bedingte Feldverteilung besondere Aufmerksamkeit
zugewendet werden. Die Erfindung hat zu Dimensionieru$gsvorschriften geführt, welche
einen vorteilhaften Feldverlauf in der Nähe der Kathodenoberfläche gewährleisten.
Wenn man die Feldverteflung in dem Raum zwischen Steuergitter und Kathode untersucht,
so kann man feststellen, daß diese sowohl von der Form ,des Gitters özw. der Gestalt
der Gitteröffnungen als auch vom Abstand des Gitters von der Kathode maßgebend beeinflößt
wird. .
-
Als Beispiel sei in Abb. za schematisch die Feldverteilung in einem
Dreielektrodensystem dargestellt. K_ bedeutet die Oberfläche der Kathode, G die
Drähte der Steuerelektrode und A die Oberfläche der Anode. Der Abstand d zwischen
Kathode und der Innenfläche des Steuergitters und ebenso die Maschenweite a seien
als groß gegenüber dem Drahtdurchmesser in angenommen. Man sieht, daß sich einige
Potentialflächen, z: B: z, um die Gitterdrähte selbst schließen, während die Pötentiälfläche
2 den Übergang zu den nicht mehr innerhalb des Elektrodensystems geschlossenen Flächen
darstellt. Die Einbuchtungen der kathodenwärts folgenden Äquipotentialflächen, z.
B. 3, werden immer geringer und verschwinden in der Nähe der Kathode endlich ganz,-
so daß die Äquipotentialflächen dort parallel zur Kathodenoberflache verlaufen,
z. B. q.. 1 Wenn man das Gitter jetzt näher an die Kathodenoberfläche heranbringt,
wie dies,in der Abb. rb angedeutet ist; und dabei auf Abstände von etwa o,.5 mm
und darunter geht, so bemerkt man, daß die Äquipotentialflächen
in
.der Nähe der Kathode nicht mehr parallel zu letzterer verlaufen; sondern auch dort
Einbuchtungeri aufweisen. Die 'Gitterstege wer-
| fen gewissermaßen einen Schatten auf d<z |
| 9 Kathodenoberfläche. Während die von &il> |
| Gitterdrähten abgedeckten Stellen verhältn |
| mäßig weni:z zur Emission beiträten, werd |
die dazwischenliegenden Teile um so stärker belastet. Dort bilden sich dann leicht
sögenannte Glühinseln aus, welche zur raschen Zerstörung der Kathode führen: Die
Ausbildung der Potentialfelder im Entladungsraum einer Röhre ist schon früher untersucht
und beschrieben worden. Man hat sich jedoch dabei entweder- auf die Untersuchung
des Einflüssen elektrischer Größen; z, B. der Gitter- bzw. Anodenspannung, auf den
Feldverlauf beschränkt oder nur die Feldverhältnisse bei ziemlich großen Gitter-Kathoden-Abständen
betrachtet, wobei sich noch keine Abhängigkeit der Potentialverteilung in der Kathodennähe
von der Größe der Gitteröffnungen ergibt. Weiter ist es bei wandelförmigen Gittern
bekannt, den Abstand der Gitterwindungen kleiner, als den Abstand Gitter-Käthode
zu halten.
-
Erfindungsgemäß kann man bei Verwendung von Steuergittern mit Öffnungen
mit geschlossenen Randlinien der Glühinselbildung dadurch vorbeugen, daß der größte
Durchmesser der Gitteröffnung gleich oder kleiner als der kleinste Abstand der Gitterelektrode
von der Kathodenoberfläche; der kleiner als 0,5 mm sein soll, gemacht wird
(ä C d), wie dies die Abb. i c andeutungsweise veranschaulicht-. Eine derartige
Maßiiahme erscheint zunächst überraschend, da man ja eigentlich annehmen müßte,
däß bei einer derartigen Gitterausbildung die Stromdurchlässigkeit desselben unzulässig
starb verringert wird. : Diese Vermutung trifft jedoch nicht zu, und man ist auf
Grund neuartiger, durch Experimente bestätigter Gedankengänge über die Natur des
Elektronenflusses in einem Entladungsraum auch in der Läge; dies zu erklären. Aus'
den in den Abb. za.bis ic eingetragenen Äquipotentiallnien erkennt man ohne weiteres,
daß der Verlauf derselben zwischen den Gitterdrähten eine gewisse Ähnlichkeit mit
der Gestalt einer bikonvexen Linse besitzt. Dem entspricht auch die Wirkung dieses
Feldverlaufes auf die von der Kathode austretenden Elektronen. Letztere werden nämlich
in den Zwischenraum zwischen den Gitterdrähten zusammengedrängt und divergieren
dann in Richtung zur Anode. Der Elektronenfluß bildet demnach kein Kontinuum wie
eine hydrodynamische Strömung, sondern ist in diskrete Elektronenbündel aufgelöst.
Dadurch ist aber auch erklärlich;. daß die Elektronen. ohne merkliche Stauungen
durch das Gitter 'hindurch befördert werden; so daß die enge Maschenweite des Gitters
dem Zustandekomxen des erforderlichen Elektronenstromes 4t hinderlich ist. Man ist
also unter Bee 4,#',),U'Clltung der vorhin ausgesprochenen Dii6nsioniertirigsregel
in der Lage, äußerst feinmaschige Gitter dicht an der Kathodenoberflache anzuordnen
und dabei eine überraschend große Steilheit; . Größenordnung 15 mA/V und darüber,
bei einem erheblichen Emissionsstrom zu erzielen.
-
Es soll noch darauf hingewiesen werden, daß sich der in den Abb. ia
bis ic dargestellte Feldverlauf in an sich bekannter Weise exakt untersuchen und
nachmessen läßt, indem man ein vergrößertes Modell des llektrodensystems herstellt
und dieses im elektrolytischen Trog ausmißt. Nach diesem Verfahren wurden auch die
Vorlagen für die Abb: i a bis i c erhalten.
-
Außer der obengenannten Beziehung zwischen dem Abstand der Gitterelektroden
von der Kathode und dem größten Durcbmesser der Gitteröffnungen hat sich auch noch
die Beobachtung einiger weiterer Vorschriften als vorteilhaft erwiesen. Insbesondere
ist es von Wichtigkeit, die Struktur der Gitterelektrode möglichst gleichmäßig zu
gestalten, d.'h. vor allem die Gitteröffnungen untereinander gleich groß zu machen
und auch gleichmäßig über die Elektrodenflächen zu verteilen. Nur auf diese Weise
ist es möglich, eine über die ganze Kathodenoberfläche ebenmäßige Feldverteilung
und ebensolche Belastung der Kathode zu erzielen. Auch ist es vorteilhaft, den öffnüngen
der Gitterlektröde . eine regelmäßige Form zu geben, insbesoiifiere die Öffnungen
kreisförmig zu machen oder in Form eines regelmäßigen Vielecks, gleichseitiges Dreieck,
Quadrat, Sechseck usw., wie dies in Abb. -9 angedeutet ist. Bei dieser Formgebung
ist es auch leichtmöglich, eine regelmäßige Verteilung der Gitteröffnungen auf der
Elektrödenöbeifläche zu finden: Es ist einleuchtend, däß auch die Dicke der Gitterelektrode,
also die senkrecht zur Kathodenoberfläche stehende Dimension, von Belang ist; mit
Rücksicht auf den kleinen Abstand zwischen Kathode und Gitter hat jede Unregelmäßigkeit
der Drähte der Elektroden einen beträchtlichen Einfluß auf den Feldverlauf. Daher
sollten die der Kathode und Anode zugekehrten Flächen der Gitterelektrode überall
zur Kathodenoberfläche parallel sein. Infolgedessen wird man bei sehr geringen Gitter-Kathoden-Abständen
keine sog. Textilgitter, d. h. aus Metalldrähten geflochtene oder gewebte Netze,
sondern zweck- i mäßiger perforierte Bleche verwenden. Die Öffnungen können durch
Ätzen, Stanzen oder
ähnliche - Verfahren in an- sich- bekannter
Weise äußerst exakt hergestellt werden.
-
Auch die Breite der Stege, - d. h. der: -zwischen den Öffnungen stehengebliebenen
Metallflächen, ist für die Feldverteilung in der 1Tähe der Kathode von- Belang.
Man kanp nämlich feststellen, daß die Störung der parallelen- Schichtung der - Äquipotentalflächen
viel näher an die Kathodeheranreicht, wenn man die Gitteröffnungen nahe aneinanderreiht.
Zur Erklärung wird auf die Abb.3 verwiesen. Dort- stellt die rechte Hälfte die Feldverteilung
dar, wenn die'vorhin aufgestellte Beziehung zwischen dein Durchmesser der Gitteröffnung
a und dem Gitter-Kathoden-Abstand d, nämlich a < d,
erfüllt ist und außerdem
die Gitterstege s wie in Abb. z c ziemlich schmal sind. Im Gegensatz dazu bringt
die linke Bildhälfteeinen Feldverlauf zur Darstellung, der sich ergibt; wenn die
Stege breiter sind. In diesenf Falle stören sich gewissermaßen die Feldlinien in
den nebeneinanderliegenden Gitteröffnungen weniger, da diese weniger dicht benachbart
sind, und die Homogenität des ' Feldes an der Kathodenoberfläche ist noch größer.
Dies macht sich insbesondere bei hohen Anodenspannungen und entsprechend hohen negativen
Gittervo.rspannungen bemerkbar, wo die Feldstörung durch die Gitterstege mit steigender
Anodenspannung sich der Oberfläche der Kathode immer weiter nähert.
-
Auf Grund empirischer Untersuchungen wurde festgestellt, daß diese
Verzerrung des -Feldverlaufs praktisch vernachlässigbar ist, sobald man die Stegbreite
wählt. Als. Durchmesser & ist bei. vieleckigen Öffnungen der größte Abstand
zweier Punkte der Peripherie bzw. der Durchmesser des umschriebenen Kreises zu;
verstehen. Die Stromdurchlässigkeit solcher Gitter braucht auch bei sehr breiten
Stegen nicht geringer zu, sein als .die weitmaschiger Gitter; es gelten auch hier
die oben ausführlich dargelegten elektronenoptischen Gesichtspunkte.
-
Schließlich spielt auch noch die Dicke der Gitterstege im Verhältnis
zur Größe . der ''Öffnungen eine Rolle. Es würde vielleicht naheliegen, in, Anbetracht
des minimalen Gitterabstandes bei Stegen mit quadratischem oder rundem Querschnitt,
z. B. gewebten Gittern, auch den Durchmesser. der Gitterstege sehr -klein zu machen.
Damit würde man aber vor allem den: Forderungen der mechanischen Festigkeit und
Stabilität des Gitters nicht- genügend- Rechnung tragen. Die j Festigkeit sehr dünner
Drähte ist außerordentlich gering; es kommen starke Abweichungen im norrflalen Querschnitt
vor, und wegen des kleinen .Abstandes.. ist die Gefahr einer Berührung mft der@Kathode
schon bei kleinsten Deformationen nahehegend. Da äuße@dem, wie im letzten Absatz
erwähnt, eine@'große Stegbreite günstig erscheint, so erhält man ein mechanisch,
besonders stabiles Gitter, wenn die. Stegdicke senkrecht zur Kathodenoberfläche
kleiner als -die Stegbreite in Richtung der Gitterebene, also h < s, ge= macht
wird. Im Fälle eines gestanzten oder gelochten Gitters - erhalten dann die.. Stege
einen rechteckigen Querschnitt, wie dies in Abb. 3, links,-dargestellt ist.