DE745730C

DE745730C - Series multiplier for high output currents

Info

Publication number: DE745730C
Application number: DEF84593D
Authority: DE
Inventors: Dr Werner Flechsig
Original assignee: Fernseh GmbH
Current assignee: Robert Bosch Fernsehanlagen GmbH
Priority date: 1938-03-04
Filing date: 1938-03-05
Publication date: 1944-05-22

Description

Reihenvervielfacher für hohe Ausgangsströme Die Erfindung betrifft einen Reihenvervielfacher für hohe Ausgangsströme zur Verstärkung eines modulierten Elektronenstroms durch Auslösung -selt-undärer Elektronen an einer Anzahl von auf steigendem Potential liegenden Prallelektroden.High Output Current Series Multipliers The invention relates to a series multiplier for high output currents to amplify a modulated Electron flow by triggering -single-odd electrons at a number of on with increasing potential.

In. einer bekannten Anordnung bestehen diese Elektroden aus hinterein.anderliegenden ebenen Netzen und aus einer Prallplatte als Ausgangselektrode. Bei dieser Anordnung ergeben sich Schwierigkeiten, wenn es sieh darum handelt, Ströme von ioo Milliampere und mehr abzunehmen, denn die bei solchen Stromstärken freiwerdende Wärmemenge bewirkt eine Erhitzung der Elektroden und damit eine. mehr oder minder rasche Zerstörung der Seundäremissionsschichten. Z. B. -verdampft das zur Aktivierung der Elektroden am häufigsten verwendete Cäsium schon bei 20o"' C in sehr kurzer Zeit. Es darf daher für Cäsiurnhathoden bei Dauerbetrieb eine Temperatur von etwa ioo° C nicht überschritten werden. Nun besteht zwar die Möglichkeit, die spezifische Belastung der Elektroden dadurch herabzusetzen, daß man die Flächen der Elektroden entsprechend vergrößert. Bei Vergrößerung einer z. B. kreisförmigen Fläche auf das Doppelte steigt ihr Umfang nicht in gleichem Maße an. Von der Größe .des Elektrodenumfangs hängt.aber die Wärmeabstrahlung in erster Linie ab, da sie in der Hauptsache seitlich in Richtung der Elektrodenebenen erfolgt: Daher bringt eine Verdoppelung der Elektrodenfläche nicht die Herabsetzung der Wärmebelastung auf die Hälfte, sondern viel weniger. Werden die Elektroden überdimensioniert, so erhöht sich aber die Ausgangskapazität beträchtlich, was besonders bei der Übertragung breiter Frequenzbänder, wie sie z. B. beim Fernsehen benötigt werden, vermieden -werden muß.In. In a known arrangement, these electrodes consist of one behind the other flat nets and a baffle plate as an output electrode. With this arrangement difficulties arise when it comes to currents of 100 milliamperes and more, because the amount of heat released at such currents causes a heating of the electrodes and thus a. more or less rapid destruction the secondary emission layers. E.g. that evaporates to activate the electrodes Most frequently used cesium already at 20o "'C in a very short time. It may therefore a temperature of about 100 ° C is not exceeded for Caesarean cathodes in continuous operation will. Now it is possible to determine the specific load on the electrodes by increasing the areas of the electrodes accordingly. When enlarging a z. B. circular area doubles its circumference not to the same extent. However, the heat radiation depends on the size of the electrode circumference in the first place, since they are mainly laterally in the direction of the electrode planes occurs: Therefore, doubling the electrode area does not bring about the reduction the heat load by half, but much less. If the electrodes are oversized, but this increases the output capacity considerably, which is special at the transmission of broad frequency bands, as they are, for. B. are needed for television, must be avoided.

Ferner ist ein Vervielfacher bekannt, bei dem eine Anzahl ebener Netze von zylindrischen Netzen umgeben ist. Dieser Vervielfacher hat den Nachteil, daß infolge der Feldverteilung zwischen den ebenen Netzen und dem ersten zylindrischen Netz die Elektronen aus der ebenen Netzanordnung bereits herausgezogen werden, ehe sie diese völlig durchlaufen haben, was den Wirkungsgrad ungünstig beeinflußt. Außerdem ist bei dieser bekannten Anordnung die Flächenbelastung der zylindrischen Prallelektroden sehr ungleichmäßig, da der von dem letzten ebenen Netz all dein einen Ende der zylindrischen Anordnung abfließende Sekundärelektronenstrom yvesentlich .größer ist als der von dem ersten Netz abfließende. Infolgedessen ist man gezwungen, zur Bewältigung der in der letzten Vervielfachungsstufe und an der Auffangelektrode sich entwickelnden Wärmemengen eine erhebliche Überdimensionierung vorzunehmen.A multiplier is also known in which a number of plane nets surrounded by cylindrical meshes. This multiplier has the disadvantage that due to the field distribution between the planar nets and the first cylindrical one Net the electrons are already pulled out of the plane net arrangement before they have gone through this completely, which has an adverse effect on the efficiency. aside from that is the surface loading of the cylindrical impact electrodes in this known arrangement very unevenly, since that of the last flat network all your one end of the cylindrical Arrangement of the secondary electron current flowing away is significantly greater than that of outflowing from the first network. As a result, one is forced to face the developing in the final multiplication stage and at the collecting electrode To make a considerable oversizing of heat quantities.

Ein -weiterer bekannter Vervielfacher bestellt aus einer Kathode und einer größeren Anzahl die Kathode unischließender zylindrischer Netze. Bei dieser Anordnung ist zwar von Stufe zu Stufe eine erhebliche Flächenvergrößerung vorhanden, jedoch ist die prozentuale Flächenvergrößerung am größten gerade in den ersten Stufen, wo sie an sich noch gar nicht nötig wäre, geringer hingegen in den letzten Stufen. Außerdem hat dieser Aufbau den Nachteil, daß die Anordnung aus lauter verschiedenen Bhueletnenten zusammengesetzt werden muß. Bei einer größeren Anzahl von Stufen -wird daher verhältnismäßig viel Material und Raum benötigt.Another well-known multiplier ordered from a cathode and a larger number of cylindrical meshes which close the cathode. At this Arrangement, there is a considerable increase in area from step to step, however, the percentage increase in area is greatest especially in the first stages, where it is not even necessary in itself, but less so in the last stages. In addition, this structure has the disadvantage that the arrangement consists of many different Bhueletnenten must be put together. With a larger number of stages -will therefore requires a relatively large amount of material and space.

Bei einem Reihetlvervielfacher für hohe Ausgangsströme zur Verstärkung eines modulierten Elektronenstromes mit hintereinanderliegenden Prallnetzen, die einesteils als ebene, andernteils als zylindrische Flächen ausgebildet sind, bestehen gemäß der Erfindung die stark belasteten Ausgangsstufen des Vervielfachers aus koaxial angeordneten Zylinderflächen und die von ihnen durch eine Ebene räumlich getrennt liegenden schwach belasteten Anfangsstufen des Vervielfachers aus quer zur Achsrichtung der Zylinderelektroden hintereinander angeordneten ebenen Flächen. Der Übergang der Elektronen von den Anfangsstufen zu den Ausgangsstufen erfolgt vorzugsweise über eine ebenfalls quer zu der genannten Achsrichtung liegende Prallplatte, die in der Hölle des den ebenen Prallnetzen abgewendeten Randes des innersten zylindrischen Prallnetzes angeordnet ist. Durch diesen Aufbau wird der Vorteil erhalten, daß die Eingangsstufen verhältnismäßig klein bemessen -werden können, was mit Rücksicht auf den durch tliertnische Emission an den ersten Prallstufen hervorgerufenen Dunkelstrom zweckmäßig ist.With a series multiplier for high output currents for amplification a modulated electron stream with impact nets lying one behind the other, which on the one hand as flat, on the other hand as cylindrical surfaces exist according to the invention, the heavily loaded output stages of the multiplier from coaxial arranged cylinder surfaces and the spatially separated from them by a plane lying lightly loaded initial stages of the multiplier from transverse to the axial direction of the cylinder electrodes arranged one behind the other flat surfaces. The transition of electrons from the initial stages to the initial stages is preferably done via a baffle plate also lying transversely to the aforementioned axial direction, which in the hell of the edge of the innermost cylindrical one, turned away from the flat impact nets Impact net is arranged. This structure has the advantage that the Entrance steps can be dimensioned relatively small, what with consideration on the dark current caused by the emission at the first impact stages is appropriate.

2 an benötigt nur verhältnisin äßig wenig ?-, verschiedene Bauelemente und erhält durch die @'ertvendung zylindrischer _@usgangselektroden eine hohe Flächenbelastbarkeit und somit hohe Ausgangsströme bei verhältnismäßig geringer Kapazität der Ausgangselektrode. 2 an only requires relatively few different components and, thanks to the use of cylindrical output electrodes, has a high surface load capacity and thus high output currents with a relatively low capacity of the output electrode.

Nach der Figur befindet sich in einem Glasgefäß z eine Glühkathode 2. Ein von dieser ausgehender Elektronenstrom wird durch eine Steuerelektrode 3 moduliert, danach auf die netzförmige ebene Elektrode: beschleunigt und löst Sekundärelektronen aus, welche von dem nächsten Netz 5 angezogen «-erden und auf diesem weitere Sekundärelektronen auslösen. Dieser Vorgang wiederholt sich an den folgenden ebenen Netzen so oft, bis der Elektronenstrom auf etwa 2 1Zillianipere verstärkt ist. Zwischen den Netzen d., 5, 6 und den folgenden bis 7 besteht je eine Potentialdifferenz von 7o Volt, und es Wird je Netz eine Verstärkung um den Faktor 2 erreicht. Die aus dem Netz 7 austretenden Elektronen -werden durch das weitmaschige Netz S auf eine Geschwindigkeit entsprechend iooVolt beschreueiigt und treten nun in einen von der Prallplatte 9 - und dem zylindrischen Netz TO gebildeten Raum ein. Die Dimensionen und Potentiale dieser Elektroden sind so gewählt, daß der durch das Netz 8 gelangende Elektronenstrom in gleichmäßiger Verteilung auf die ganze Fläche der Prallplatte 9 auftrifft und daß der hier ausgelöste Strom von Sekundärelektronen sich ebenfalls gleichmäßig über die ganze Fläche des zylindrischen Netzes TO verteilt. Folgende Überlegung führt dann zur Auffindung der richtigen BeinessUngswerte.According to the figure there is a hot cathode in a glass vessel z 2. A stream of electrons emanating from this is passed through a control electrode 3 modulated, then on the reticulated flat electrode: accelerates and releases secondary electrons from, which are attracted to the next network 5, and on this further secondary electrons trigger. This process is repeated on the following flat nets as often as until the electron flow is increased to about 2 1 zillianipers. Between the networks d., 5, 6 and the following up to 7 there is a potential difference of 7o volts, and a gain by a factor of 2 is achieved for each network. The ones from the network 7 exiting electrons - are through the wide-meshed network S at a speed according to iooVolt and now step into one of the baffle plate 9 - and the cylindrical network TO a space formed. The dimensions and potentials these electrodes are chosen so that the electron current passing through the network 8 impinges evenly on the entire surface of the baffle plate 9 and that the current of secondary electrons triggered here is also evenly distributed Distributed over the entire surface of the cylindrical network TO. The following consideration then leads to the finding of the correct leg measurement values.

Die Bahn der von der Prallplatte ausgehenden Elektronen hängt nur von dem Verhältnis des Potentials des Beschleunigungsgitters 8 zu dem des zylindrischen Netzes 1o, nicht dagegen von ihren absoluten Beträgen ab. Als Bezugsgröße ist das Potential der Platte gewählt, was zulässig ist, da die Austrittsgeschtvindigkeit der Elektronen in erster Näherung vernachlässigt werden kann. Nur für ein bestimmtes Verhältnis dieser Potentiale gelangt ein auf der Plattenmitte ausgelöstes Elektron gerade all den unteren Rand des Z@Iinders ro. Das zu -wählende Verhältnis der Potentiale von Netz 8 und Zylinder TO verschiebt sich bei Änderung der Dimensionen des Zylinders io; z. B. -wird es kleiner sein, -wenn der Zylinder TO eine sehr geringe Hölle hat, größer dagegen, -wenn sein Durchmesser klein gegen die Höhe ist. Zur Festlegung der Elektronenbahnen reichen also die durch die Potentiale der Elektroden 8, 9, io gegebenen Freiheitsgrade aus; jedoch kann für den Fall, daß das Beschleunigungspotential des Netzes 8 besonders hoch werden sollte, der -Radius der Prallplatte vergrößert werden. Schließlich ist es möglich, dem die Beschleunigungselektrode 8 umgebenden Ring 18 ein gesondertes Potential zu erteilen und dadurch die Elektronen in :die gewünschten Bahnen zu lenken. In der Figur sind die Bahnen 16 und 17 eines die Mitte und eines den Rand der. Prallplatte treffenden Elektrons eingezeichnet.The path of the electrons emanating from the impact plate only hangs on the ratio of the potential of the accelerating grid 8 to that of the cylindrical Netzes 1o, on the other hand, does not depend on their absolute amounts. As a reference, this is The potential of the plate is chosen, which is permissible as the exit velocity of electrons can be neglected in a first approximation. Only for a specific one In relation to these potentials, an electron released in the middle of the plate arrives just all the bottom of the Z @ Iinders ro. The ratio of potentials to be chosen of network 8 and cylinder TO shifts when the dimensions of the cylinder change io; z. B.-it will be smaller, -if the cylinder TO has a very low hell, larger on the other hand, -if its diameter is small against the height. To define the electron trajectories, the potentials of the electrodes are sufficient 8, 9, io given degrees of freedom; however, in the event that the acceleration potential of the network 8 should be particularly high, the radius of the baffle plate is increased will. Finally, it is possible to use the one surrounding the accelerating electrode 8 Ring 18 to give a separate potential and thereby the electrons in: the to steer desired paths. In the figure, the tracks 16 and 17 are one in the middle and one the edge of the. Electron hitting the baffle plate is shown.

Die Elektroden 11, 12 und 13 sind als koaxiale Zylinder ausgebildet, die den Zylinder io umschließen. Der Zylinder 12 ist als metallischer Wandbelag auf die Glaswand aufgedampft oder aufgespritzt. Von dieser Elektrode werden .die nutzbaren Spannungsschwankungen abgenommen, während das vorhergehende Netz 13 als Auffangelektrode dient.The electrodes 11, 12 and 13 are designed as coaxial cylinders, which enclose the cylinder io. The cylinder 12 is a metallic wall covering vaporized or sprayed onto the glass wall. From this electrode .the usable voltage fluctuations decreased, while the previous network 13 as Collecting electrode is used.

_ Ein in den zylindrischen Raum eintretender Elektronenstrom von etwa 2 Milliampere wird an der Prallplatte 9 auf etwa io Milliampere, an dem Netz io auf 2o Milliampere, an dem Netz i i auf 40 Milliampere und an der Prallelektrode 12 auf Zoo Miniampere verstärkt. Dieser Strom wird schließlich von der Elektrode 13 aufgenommen. In der Zuführung der Elektrode 12 fließt also ein. Strom von 200 - 40 = 16o Milliampere. Wegen' der Zylinderform der letzten Elektroden ist eine Kühlung durch bekannte Mittel ohne größere Raumbeanspruchung möglich. In der Figur sind Kühlflügel 14 und 15 angedeutet. Die Zylinder io bis 13 sitzen mit ihren den ebenen Prallnetzen zugewendeten Rändern auf einer mit der Gefäßwand verschmolzenen ringförmigen Scheibe aus Glas auf._ A stream of electrons entering the cylindrical space of about 2 milliamps is on the baffle plate 9 to about 10 milliamps, on the network io to 20 milliamps, on the network i i to 40 milliamps and on the impact electrode 12 amplified to zoo mini amps. This current is eventually released by the electrode 13 added. So flows into the supply of the electrode 12. Current of 200 - 40 = 16o milliamps. Because of the cylindrical shape of the last electrodes there is a Cooling by known means is possible without taking up large amounts of space. In the figure cooling blades 14 and 15 are indicated. The cylinders io to 13 sit with their the edges facing flat impingement nets on one fused with the vessel wall annular disc made of glass.

In der Praxis hat sich eine Röhre mit folgenden. Daten besonders bewährt. Durchmesser Potential geg vor]. Elektrod Netze 3 bis 7 ..... 30111111- 70 Volt Netz 8 . . . . . . . . . . 3o mm ioo Volt Prallplatte 9 . . . . . 39 nun 40 Volt Zylindr. Netz io . . 40111111 70 Volt Zylindr. Netz i i . . 43 mm 70 Volt Auffangelektrode 13 46 mm ' 140 Volt Prallelektrode 12 .. 5o mm - 70 Volt Die mit dieser Anordnung erzielbare Raumersparnis, verglichen mit einer Anordnung mit nur ebenen Netzen, ist beträchtlich. Hat bei einem Durchmesser von 5 cm die Prallelektrode 12 eine Fläche'von 47 cm', so müßte bei der gleichen spezifischen Belastung- eine Anordnung mit nur ebenen Elektroden einen Durchmesser von 8 cm ]laben. .In practice, a tube has the following. Data particularly proven. Diameter potential before]. Electr Networks 3 to 7 ..... 30111111- 70 volts Network 8. . . . . . . . . . 30 mm 100 volts Baffle plate 9. . . . . 39 now 40 volts Cylinder. Network ok . 40111111 70 volts Cylinder. Network ii. . 43 mm 70 volts Collecting electrode 13 46 mm '140 volts Impact electrode 12 .. 50 mm - 70 volts The space savings that can be achieved with this arrangement, compared with an arrangement with only planar nets, is considerable. If, with a diameter of 5 cm, the impact electrode 12 has an area 'of 47 cm', an arrangement with only flat electrodes would have to have a diameter of 8 cm with the same specific load. .

Claims

PATENT CLAIMS: i. Series multiplier for high output currents for Amplification of a modulated electron stream with impact nets lying one behind the other, which are partly flat and partly cylindrical, characterized in that the heavily loaded output stages of the multiplier of coaxially arranged cylinder surfaces and the three of them through a plane spatially separately lying lightly loaded initial stages of the multiplier from across flat surfaces arranged one behind the other to the axial direction of the cylinder electrodes ! exist, and that the transition of the electrons from the initial stages to the initial stages preferably over a baffle plate also lying transversely to the named axial direction takes place at the level of the edge of the innermost facing away from the flat impact nets arranged cylindrical impact net is.

2. Row multiplier according to claim i, characterized in that the baffle plate, the one preceding it and the one following it Mesh electrode delimit a cylindrical space with one another.

3. Row multiplier according to claim 2, characterized in that the electrode preceding the baffle plate than wide-meshed and thin-wire electrodes in comparison to the other net-shaped electrodes Network is formed. -

4. Row multiplier according to claim 3, characterized in that that in the plane of the baffle plate preceding a bitter-grained electrode this surrounding, designed as an annular disc and placed at special potential Electrode is arranged.

5. Row multiplier according to claim 1, characterized in that that the last impact electrode (12) is designed as a wall covering and that one between the last and the penultimate impact electrode arranged in the form of a net, at the highest Electrode (13) at potential serves as a collecting electrode.

6. Row multiplier according to claim 5, characterized in that the usable electron flow from the last impact electrode (12) is removed and that the collecting electrode (13) as well the electrode (i i) preceding it are provided with cooling blades (14, 15).

7. Row multiplier according to claim i, characterized in that the cylindrical impingement nets rest with their edges facing the flat impingement nets on an annular disc of glass fused to the edge of the vessel. In order to delimit the subject matter of the application from the state of the art, the following publications were considered in the granting procedure: French patent specification. . No $ 00 440 817 567. British Patent ..... - 454133, 470 102; Magazine f.Techn.Physics, 1936, issue 12, in particular page 627 left column, figure i, 2 and i2.