DE737516C - Betriebsweise fuer Elektronenroehren, die eine laengliche Kathode mit Spannungsabfall in der Laengsrichtung aufweisen - Google Patents

Description

• Betriebsweise für Elektronenröhren, die eine längliche Kathode mit Spannungsabfall in der Längsrichtung aufweisen Bei Glühkathodenröhren, -wie sie heute in Verstärkerschaltungen u.,dgl. verwendet werden, besteht der Nachteil, daß wegen der Nichtlinearität der Röhrencharakteristik eine verzerrungsfreie Übertragung -der zu verstärkenden Signale nicht möglich ist. Es werden heute verschiedene Schaltkunstgriffe angewandt, um diese Verzerrungen zu beseitigen, ohne daß -es gelungen -wäre, sie restlos zu unterdrücken.
• Die Erfindung gibt eine Betriebsweise von Glühkathodenröhren an, `womit sich eine lineare Kennlinie erzielen läßt. Weitere Vorteile .der Erfindung bestehen u. a. darin, daß das Verhältnis einen so hohen Wert aufweist, daß, sich das Verfahren ,auch für Sekundärelektronenvervielfacher eignet, und ferner auch bei guter Linearität der Kennlinie die Anwendung von Regelverfahren gestattet.
• Diese Vorteile werden bei einer Betriebsweise von Elektronenröhren, die eine längliche Kathode mit Spannungsabfall in der Längsrichtung haben, erfindungsgemäß dadurch erzielt, daß die Steuerspannung nicht größer als der Spannungsabfall wird und das Kathodenmaterial und die Betriebsdaten der Kathode so gewählt sind, daß jedes Längenelement der Kathode innerhalb des Bereiches der Steuerspannung einen ausgeprägten und im wesentlichen raumladungsfreien Sättigungsstrom aufweist.
• Es ist bereits eine Röhre bekanntgeworden, hei der zur Lirearisierung der R.aumladungskennlinie der Abstand zwischen Steuergitter und Kathode längs der Kathode derart verschiedene Werte aufweist, d.aß ein gewisser Bereich d;er Kathode bereits vor Erreichen cles S-ittigungsliniclis der Kennlinie :einen Sätti,#ungsstroni liefert. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß die Erzielung einer linearen Kennlinie nur durch Annäliertni@, möglich ist, da es sehr auf die genaue Einhaltung der theoretisch erforderlichen Gitterkathodenabstände ankommt.
• Zur l;rläuterung der Betriebsweise einer solchen Röhre wird auf Fig. i Bezug genommen, in der die Feldverteilung in einer gewöhnlichen Zweielektrodenröhre mit einem Spannungsabfall in der Kathode dargestellt ist. Der Spannungsabfall betrage bei der drahtförmigen Kathode i von der Länge s l j" Volt; zwischen der gegenüberliegenden Elektrode -2 und dem positiven Kathodenende ,; sei eine variable Spannung --- (I-,t angelegt, wobei U,St kleiner als Uli ist. Hierbei ergibt sich das in Fig. i angedeutete Feldbild. Man erkennt. daß die Anode gegenüber dem Kathodenbereich vom Ende 3 bis x negativ, ge- j genüber drein übrigen Kathodenteil von .e bis zum anderen Ende .l dagegen positiv ist. Der lizitho.denbereicli x bis .l liefert also sc:iticn gesamten Sättigungsstrom im -wesentlichen zur i Anode. Für den Bereich ;bis x gilt im wesentlichen das Anlaufstromgesetz, d.li. der Strom fällt von x bis 3 sehr schnell auf unnielJbar kleine Werte und bleibt im üb ri-en es sabfall je I g perrt. Bei konstantem Spannung fiatliodenlängenelement ist nun die Größe des emittierenden Bereiches der Verschiebung des (irenzgebiet:esx proportional. Damit ist bei gleichmäßig über die Kathodenfläche verteilter Sättigungsstroindichte auch der Anodenstrom der Steuerspannung proportional. Das um x herumliegende kleine Störungsgebiet, in dem die Elektronen vom Bereich x bis .1. teilweise die Anode nicht erreichen können, sondern zur Kathode zurückfallen, stört diese Beziehung nicht, da der Einhut) der Störung bei der Verschiebung des Emissionsbereiches konstant bleibt. "'eint man von dieser Störung absieht, kann der Einis-Sionsverlauf längs der Kathode durch das Diagramm der Fig.2 dargestellt werden.
• 1s hilyt sich zeigen, daß mit konstanten Werten für die Sättigungsstromstärke und den Spannungsabfall cm des Kathodendrahts eine nahezu exakt lineare Kennlinie mit konstanter Steilheit erhalten werden kann. Bei kleinen Steueramplituden und ,entsprechend kleinem Spannungsabfall ist das -Verhältnis f Steilheit Ruhestrom nur umwesentlich kleiner j als bei Verstärkern mit reiner Anlaufstroin-Steuerung . Damit ist das beschriebene System auch als Steuersystem für Sekundärelektroncnverc-ielfacher vorteilhaft anwendbar.
• Die erreichbare Steuersteilheit hängt we-I sentlich von der zulässigen Sättigungsstromdichte ab. Erfahrungsgemäß macht sich das I'otentialininimum der Rautnladung bis zur Stromdichte von einigen mA `cm= noch nicht @3törend bemerkbar. Für eine Bariumaufdampflzathode mit etwa 2mA,'cm2 Sättigungsstromdichte, 2 mm Durchmesser und einem Spannungsgefälle von o,i Vcm ergibt sich eine Steilheit von i 2, 6 m A,'V. Der mittlere Anodenstrom beträgt dabei 3 mA für ein Spannungsgefälle längs der gesamten Kathode voll o,4. V, der Steuerbereich etwa o,2 V und das Verhältnis Steilheit/Ruhestrom etwa ;4.
• Selbstverständlich ist das bisher besprochene Zweielektrodensystem zwar zur Demodulation, nicht aber zur leistungslosen Steuerung oder Verstärkung geeignet. Wie. aus der Verstärkertechnik her bekannt, niul) zur Erzielung leistungsloser Steuerung zwischen der Kathode und Anode ein negativ vorgespanntes Steuergitter angeordnet werden. Ein solches Gitter kamt ziveckmäl.'iig zur Vermeidung von Imliomogenitäten der Emission längs der Kathode etwa in Form eifies Stabgitters mit in Kathodenrichtung sich erstreckenden Stegen oder in Forin einer frei tragenden Wend; l ausgebildet werden. Unter diesen Voraussetzungen gelten die gezeigten Zusammenhänge auch für leistungslose Verstärkungssteuerung, in der für die bisher ttst benannte Anodenspannung die Steuerspannung der Ein- oder Mchrgitterröhren eingesetzt wird. Die e!.wa vorhandenen weiteren Gitter dienen in der bekannten Art zur Verringerung der Anodenrückwirkung, zur Beseitigung störender Sekundärelektronen u. a. m.
• Die Kathode der vorgeschlagenen Röhre wird vorteilhaft als indirekt geheizte Ka- i thode ausgebildet, um die Einstellung der Kathodentemperatur und des Kathodenspannungsabfalles getrennt vornehmen zu können. Filr. 3 zeigt als Ausführungsbeispiel eine Ve r stärkerröhre mit einer Steuervorrichtung der beschriebenen Art im (-uersclinitt. Hierin ist j eine Heizspirale, 6 die indirekt geheizte und mit zwei Anschlüssen ; und 5 zur Erzeugung des Spannungsabfalles verselicne Emissionsschicht, 9 ein Steuergitter und io der Anodenzylinder. Die Heizspirale 6 besitzt in an sich bekannter `'eise ztvcckiniil:)il; eine stärkere Bewicklung a.n den Enden der Kathode, utii eine möglichst gleiclnn@ihige Temperatur zu erzielen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Betriebsweise für Elektronenröhren. die eine längliche Kathode mit Spannungs-<ibfall in der Längsrichtung aufweisen, dricltircli gekennzeichnet, daß die Stc:uerspa.nnung nicht größer als der abfall wird und das Kathodehmaterial und die Betriebsdaten der Kathode so gewählt sind, daß Jedes Längenelement derselben innerhalb des Bereichs- der Steuerspannung einen ausgeprägten und im wesentlichen raumladungsfreien Sättigungsstrom aufweist. z. Betriebsweise nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsabfall in der Kathode ,etwa das Vierfache der Steuerspannungsamplitude beträgt. 3. Betriebsweise nach Anspruch i und 2, dadurch ,gekennzeichnet, daß die Kathode auf solche Temperatur geheizt wird, daß de mittlere Austrittsgeschwindigkeit der Elektronen in Volt gemessen kleiner ist als i,`8 des Spannungsabfalls in der Kathode. .. Betriebsweise nach .einem der Ansprüche i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektronenröhre verwendet wird, deren Steuergitter als frei tragende Wendel oder als Sbeggitter mit parallel der Kathode verlaufenden Stegen ausgebildet ist. 5. Betriebsweise nach einem der Ansprüche i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektronenröhre verwendet wird, deren indirekt geheizte Kathode aus einem rohrförmigen Isolierkörper, einer im Innern dieses Rohres angebrachten magnetfeldarmen Heizwicklung, einer außen auf den Isolierkörper aufgebrachten Widerstandsschicht mit Stromanschlüssen an den beiden Enden und einer auf der Widerstandsschicht aufgetragenen Emissionsschicht besteht. 6. Anwendung der Betriebsweise nach den Ansprüchen i bis 5 zur Erzeugung, eines gesteuerten Primärelektronenstroms in einer Sekundärelektronenröhre. 7. Betriebsweise nach Anspruch 5, da-.durch gekennzeichnet, daß eine Elektronenröhre verwendet wird, bei der die Temperatur längs der Kathode durch Erhöhen der von dem Heizkörper an den Enden der Kathode abgegebenen Heizleistung konstant gehalten ist. B. Betriebsweise nach den Ansprüchen i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verstärkungsregelung der Spannungsabfall in der Kathode entsprechend dem gewünschten Verstärkungsgrad selbsttätig oder von Hand einstellbar ist.