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Elektronenröhre mit einer Kathode, mindestens einem Gitter und einer
Anode Die Erfindung betrifft Elektronenröhren, die infolge einer besonderen Bauart
des Elektrodensystems eine weitgehend geradlinige Kennlinie aufweisen.
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Bekanntlich kann man durch die Formgebung des Gitters den Kennlinienverlauf
wesentlich -beeinflussen. Die Abweichung der Anodenstromkennlinie von dem theoretischen
Ustsh-Verlauf (Ui = Steuerspannung; wird 'bei den bisher bekannten Anordnungen
durch einen längs der Systemachse veränderlichen Durchgriff durch das Steuergitter
bedingt.. Dieser veränderliche Durchgriff wirkt sich im wesentlichen so aus, daß
die Steuerspannung längs der Systemachse :ebenfalls nicht konstant ist und daher
die einzelnen Teile der Kathode sich in verschiedenen Emissionsstadien befinden
bzvv. überhaupt noch nicht emittieren. Bei Röhren mit veränderlichem Durchgriff
ergibt sich stets ein flauer Verlauf des unteren Teiles der Kennlinie, der für die
Zwecke der Verstärkungsregelung ausgenutzt werden kann, sonst aber wegen der entstehenden
Verzerrungen und der Herabsetzung des geradlinigen, verzerrungsfrei aussteuerbaren
Teiles der Kennlinie unerwünscht ist. Die Erfindung bezweckt im Gegensatz dazu.
einen geraden Kennlinienverlauf.
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Zur Herstellung :eines längs .der Kathodenoberfläche veränderlichen
Durchgriffes duirch das Steuergitter- hat man entweder die Maschenweite oder den
Abstand des Steuergittrrs von der Kathodenoberfläche oder den Abstand der Anode
vom Steuergitter ungleichmäßig gemacht oder diese Maßnahmen derart ,miteinander
vereinigt, daß sie sich gegenseitig unterstützen. Sofern man konstante D@urchgriffsverhältnisse
erzielen wollte, hat man diese Größen längs der Kathodenoberfläche unverändert gelassen.
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Es stehen Kathoden zur Verfügung, bei denen Sättigungseigenschaften
innerhalb des Bereiches der zulässigen Belastung auftreten, z. B. reine Metallkathoden
oder Aufdampfkathoden; andererseits ist es bekannt, daß sich durch ein Raumladegitter
Sättigungserscheinungen der Entladung selbst dann erzielen lassen, wenn die Kathode
selbst innerhalb des Arbeitsbereiches keine.Sättigungseigenschaften besitzt. Glühkathoden
hat man nicht bloß zylindrisch, sondern auch konisch ausgebildet oder an der Oberfläche
mit Furchen versehen, um die Wärmeabstrahlung zu verkleinern.
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Eine Elektronenröhre mit ":einer Kathode, mindestens einem Gitter
und :einer Anode besteht :erfindungsgemäß in der Vereinigung folgender an sich bekannter
Einzelmerkmale: z. ungleichmäßiger Abstand zwischen dem Steuergitter und der Kathode
oder einem die Kathode umgebenden Hilfsgitter, a. konstanter Durchgriff der Anode
durch das .Steuergitter, 3. eine Kathode, die entweder durch ihre Beschaffenheit
unmittelbar, z. B.
Wolframkathode, oder durch ein zusätzliches Hilfsgitter
mittelbar, z. B. Oxydkathode, in einem solchen Maße Sättigungseigenschaften hat,
daß durch die Steuerspannung alle Teile der Kathode bzw. der durch das Hilfsgitter
gegebenen Elektronenaustrittsfläche in den Sättigungszustand gelangen.
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Eine solche Röhre besitzt eine weitergehend gerade Kennlinie, deren
Zustandekommen sich folgendermaßen erklären läßt: Die Abweichung der Kennlinie von
dem theoretischen EStlz-Verlauf wird dadurch erreicht, daß von einem bestimmten
Strom-,vert Jp3 an ein immer größer werdender Teil der Kathode im Sättigungsbereich
arbeitet und demnach ein mehr als lineares Anwachsen des Stromes mit der Steuerspannung
verhindert wird. Diese in zunehmendem Maße eintretende Sättigung wird durch einen
längs der Systemachse verschiedenen Abstand zwischen Kathode und Steuergitter :erreicht.
Die Ganghöhe des Steuergitters muß aber entsprechend der ersten Forderung so gewählt
werden, daß der Durchgriff längs der Systemachse konstant bleibt.
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Der grundsätzliche Unterschied -zwischen der vorhin beschriebenen
Anordnung und den bisher bekannten Röhren mit veränderlichem Durchgriff besteht
darin, daß der allmählich erfolgende Übergang vom Raumladungsgobi@et in die Sättigung
benutzt wird, um eine Abweichung vom theoretischen Verlauf der Kennlinie zu erzielen.
Die Röhren müssen also sättigungsfähige Emissionsquellen besitzen. Sollen Kathoden
verwendet werden, die keine ausgesprochene Sättigung aufweisen oder bei denen eine
Aussteuerung der Emission bis in die Sättigung zu Schwierigkeiten (Spratzen bei
Oxydkathoden) Anlaß gibt, so kann ein RaLUnladegitter Anwendung finden. Der- durch
das Raumladegitter hindurchtretende Strom ist- bei vernachlässigbarem Durchgriff
durch das Raumladegitter zur Kathode nur bedingt durch die Raumladegitterspannung.
Ein solches Raumladegitter kann im obigen Sinne als sättigungsfähige Emissionsquelle
(Pseudosättigung) angesehen werden, die noch den Vorteil hat, daß Heizstromschwankungen
und !, eine Veränderung der Emissionsfähigkeit .der Kathode im Laufe der Lebensdauer
keinen Einfluß auf den Sättigungsstrom haben.
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Schon bei normalen Röhren tritt durch den: oberen Knick der Kennlinie
-eine Abweichung vom theoretischen Verlauf auf, wie aus Abb. i zu erkennen ist.
Bis zum Stromwert J/)2 fallen die theoretische Kennlinie i und die praktisch an
einer üblichen Röhre gemessene Kennlinie 2 zusammen. Die Kurve 3, die mit einer
erfindungsgemäß ,gebauten Röhre aufgenommen wurde, verläuft oberhalb lp3 bis zum
Wert J", praktisch geradlinig und schmiegt sich .es@si-üann dem Sättigungswert Js
an. Dei Verlauf- des oberen Knickes ist im wesentlichen bedingt durch -,den Spannungsabfall
längs der Kathode und die Endabkühlung.
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In Abb. 2 ist ein Ausführungsbeispiel der angegebenen Röhrenkonstruktion
mit ungleichem Abstand zwischen Steuergitter und Emissionsquelle dargestellt. Darin
bedeutet i die konusförmige Kathode, 2 das zylindrische Steuergitter und 3 die zylindrische
Anode. Da der Abstand -zwischen Gitter und Anode konstant ist, kann zur Erzielung
eines konstanten Durchgriffes die Gittersteigung nahezu konstant gehalten werden.
Die links befindlichen Teile werden bei wesentlich niedrigeren Steuerspannungen
den Sättigungsstrom liefern als die rechts befindlichen Teile. Die Profilkurve der
Kathode muß so bestimmt werden, daß vom Stromwert Ip3 (Abb. i) an ein praktisch
geradliniger Verlauf bis zum Wert J," erreicht wird. Über die' Größe von lp3 kann
willkürlich verfügt werden, jedoch ist es zweckmäßig, dieser. Wert nicht zu klein
zu wählen, damit kein allzugroßer Steilheitsverlust auftritt.
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Aus der Betrachtung der Abb. i darf man sich nicht zu der Ansicht
verleiten lassen, daß die dargestellte Konstruktion stets :eine größere Steuerspannung
benötigt als eine normale Röhre. Die Steilheit ist im wesentlichen durch den herstellungsmäßig
bedingten Mindestabstand zwischen Gitter und Emissionsquelle gegeben. Dieser Mindestabstand
muß die Durchbiegungen von Gitter und Kathode 'und die Aufheizung des Gitters durch
Wärmeausstrahlung von der Kathode, die in der Mitte am größten sind, berücksichtigen.
Man erkennt, daß bei der in Abb.2 gewählten Konstruktion der Mindestabstand kleiner
als bei normalen Röhren gewählt werden kann, da er am Ende des Systems auftritt,
wo eine gute Zentrierung möglich ist und das Gitter gut gekühlt werden kann.
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Der oben geschilderte Erfindungsgedanke läßt verschiedenartige Ausführungen
zu, von denen einige weitere beschrieben werden sollen.
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Bei der Ausführungsform in Abb.3 wird die drahtförmige Kathode i von
einem konusförmigen Gitter 2 umgeben, dessen Ganghöhe so gewählt ist, daß der Durchgriff
längs der Systemachse konstant bleibt. Eine Anpassung der Form der hier zylindrisch
ausgebildeten Anode 3 an die Gitterform ist nicht zweckmäßig, da sonst die spezifische
Anodenbelastung an der verjüngten Stelle besonders groß v-ürde.
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An Stelle der einseitigen Profilkurve der Kathode in Abb.2 kann ein
symmetrisches Profil nach Abb. q. verwendet werden. Entsprechendes gilt für das
Gitterprofil gemäß Abb.5, das die symmetrische Weiterbildung
von
Abb.3 ist. Die Kathode kann statt aus einem Vollkörper mit angegebenem Profil auch
aus einzelnen Drähten oder Bändern bestehen. In Abb.6 ist ein Ausführungsbeispiel
im Auf- und Grundriß dargestellt, das eine aus acht Bändern i bestehende Oxydkathode
und ein Raumladegitter a enthält. Dias kaumladegitter schmiegt sich der Form der
Kathodenhüllfläche an, d. h. der Abstand Raumladegitter-Kathode und damit der Sättigungsstrom
längs der Systemachse ist konstant.
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Das konusförmige Raumladegitter z ist vom zylindrischen Steuergitter
3 und .der Anode. ,4 umgeben. 5. wind 6 sind die Stromhin- bzw. Rfickleitungen für
die acht Kathodenbänder.
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Zum Schluß sei noch bemerkt, daß das hier geschilderte Prinzip natürlich
nicht auf Trioden bzw. Raumladegitterröhren beschränkt ist.
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Ferner läßt sich die Erfindung auch bei Röhren mit Flachkathöden und
im wesentlichen ebenen Elektrodensystemen anwenden.. Die Abb. z, 4 und 5 können
auch als Querschnitte durch derartige Systeme awfgefaßt werden; ferner kann man
sich vorstellen, daß die Elektrodenflächen nach Abb.4 und 5 durch Rotation um, eine
zur Kathode i senkrecht stehende Achse tentstehen.
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Diekonische oder doppe lkomischeKathodenform läßt sich besonders leicht
bei indirekt geheizten Kathoden herstellen.