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Entladungsröhre mit mindestens folgenden Elektroden: einer Kathode,
einem Steuergitter, einer Anode und einem Schirmgitter zwischen Anode und Steuergitter,
zwischen deren Schirmgitter und Anode sich eine Bremsraumladung ausbilden soll Die
Erfindung betrifft eine Elektronenentladungsröhre mit mindestens folgenden Elektroden:
einer Kathode, einem Steuergitter, einer Anode und einem zwischen dem Steuergitter
und der Anode angeordneten Schirmgitter.
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Es ist bekannt, daß in Röhren dieser Art bei starken Anodenspannungsschwankungen
und mit einer festen positiven Spannung an der Schirmelektrode eine sekundäre Emission
von der Anode zum Schirmgitter auftreten kann, wenn die Anodenspannung im Betrieb
um mehr als einen bestimmten kleinen Wert unter die feste Spannung des Schirmgitters
sinkt. Das Fließen eines. solchen Sekundärelektronenstromes von derAnode zum Schirmgitter
ist in vielen Fällen unerwünscht; daher sind bereits Vorkehrungen getroffen worden,
um dies zu verhindern.
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Bei der bekannten Pentode ist ein drittes Gitter, das gewöhnlich mit
der Kathode verbunden ist, zwischen dem Schirmgitter und der Anode angeordnet.
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Es ist auch bekannt, dieses -dritte Gitter
durch eine
zwischen Anode und Schirmgitter erzeugte Bremsraumladung zu ersetzen und durch einen
großen. Abstand zwischen Schirmgitter und Anode den aussteuerbaren Anodenspannungsbereich
zu vergrößern sowie den Knick der Anodenspannungs Anodenstrom-Kennlinie scharf zu
machen.
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Die Erfindung bezweckt, durch eine besondere Ausgestaltung des Elektrodensvstems
die `'Wirkung der Bremsraumladung zu unterstützen.
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Es ist ferner bekannt, in zylindrischen Elektrodensvstemen mit Schirmgitter
und Anode an den Stirnseiten des Steuergitters kreisförmige Blechschirme anzuordnen,
deren Ränder nach innen zu zylindrischen Ansätzen umgebördelt sind, welche in den
Zwischenraum zwischen Steuer- und Schirmgitter oder zwischen Schirmgitter und Anode
hineinragen. Diese Blechschirme dienen zur Vervollkommnung der Abschirmung des Steuergitters
gegen die Anode; von der Ausbildung einer Bremsraumladung ist dabei nicht die Rede.
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Schließlich sind Entladungsröhren bekannt, deren Schirmgitter die
Form eines flachgedrückten Zylinders aus Blech hat, dessen Flachseiten durchbrochen
sind. Bei einer Dreielektrodenröhre, deren Steuergitter durch Längsrippen mit Haltestreben
verbunden ist, ist es auch bekannt, die nicht zur Steuerung des Entladungsstromes
notwendigen Teile des Steuergitters durch Bl'eclischirme mit U-förmigem Querschnitt
gegen die Anode abzudecken.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Entladungsröhre mit mindestens folgenden
Elektroden: einer Kathode, einem Steuergitter, einer Anode und einem Schirmgitter
zwischen Anode und Steuergitter, zwischen deren Schirmgitter und Anode sich eine
Bremsraumladung ausbilden soll, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß zur Förderung
der Bildung einer Bremsraumladung eine Hilfselektrode in derselben Fläche wie die
Anode angeordnet ist, indem Teile der Hilfselektrode mit Anodenteilen abwechseln,
und bzw. oder bei gebündelter Entladung nahe an den Bündelgrenzen und bei Verwendung
einer langgestreckten Kathode parallel zur ganzen Länge der Kathode angeordnet ist.
Durch diese Hilfselektrode, die im Betrieb ein niedriges Potential, z. B. das Kathodenpotential
führt, wird das elektrostatische Feld zwischen Anode und Schirmgitter derart geändert,
daß die Änderungsgeschwindigkeit des Spannungsgradienten von der Anode zum Schirmgitter
selbst beim Fehlen eines Elektronenflusses zwischen Kathode und Anode im wesentlichen
auf der ganzen Anodenfläche positiv gemacht oder ihr schon positiver Wert erhöht
wird, wenn das Anodenpotential niedriger als das der Abschirmelektrode ist, um daß
im Betrieb mit auf Kathodenpotential gehaltenem Steuergitter und auf normalem Arbeitspotential
gehaltenem Schirmgitter die Anodenspamiungs-Anodenstrom-Charakteristik keine Verbiegungen
aufweist. Die Raumladung an sich ändert ebenfalls das elektrostatische Feld im Raum
zwischen Anode und Schirmgitter. Diese Änderung zusammen mit der durch die Hilfselektrode
hervorgerufenen hat sich als genügend herausgestellt, um im Betrieb den Übergang
von Sekundärelektronen von der Anode zum Schirmgitter zu verhindern, selbst wenn
die durch die Raumladung allein hervorgerufene Feldänderung nicht genügt.
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Obwohl bei einzelnen Entladungseinrichtungen nach der Erfindung die
durch die Hilfselektrode hervorgerufene Verzerrung des elektrostatischen Feldes
nicht derart zu sein braucht, daß sie praktisch beim Fehlen des Elektronenstromes
innerhalb des ganzen Bereiches der Arbeitsspannungen und der entsprechenden Anodenströme
ein Potentialminimum im Raum zwischen Anode und Schirmgitter hervorruft, so muß
dennoch die kombinierte Wirkung der Hilfselektrode und der Raumladung in dem ganzen
Arbeitsbereich der Anodenspannungen und der entsprechenden Anodenströme, in dem
eine Sekundäremission nach dem Schirmgitter hin auftreten kann, ein Potentialminimum
hervorbringen.
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Verschiedene Ausführungsformen des Erfindungsgedankens werden nachstehend
beschrieben; auch eine Theorie, welche die beobachteten Erscheinungen erklären soll,
wird gegeben. Indessen kann diese Theorie auf Grund weiterer Forschungsergebnisse
eine Änderung erfahre.
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In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung in mehreren Ausführungsformen
dargestellt.
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Gleiche Teile sind in den verschiedenen Figuren mit gleichen Bezugszeichen
bezeichnet. In Fig. i ist schematisch eine Elektrodenanordnung in Draufsicht dargestellt.
Die Kathode a hat rechteckigen Querschnitt und ist langgestreckt in der zur Papierebene
senkrechten Richtung. Zwei Steuergitter bi und b2 liegen zu beiden Seiten der Kathode
a und sind von ihr mittels Isolierstreifen h getrennt, die in der Nähe der Kathodenenden
im wesentlichen außerhalb des Elektronenstromes liegen. Zwei Schirmgitter c1 und
c2 sind auf der der Kathode abgewandten Seite der Steuergitter angeordnet und von
ihnen durch weitere Isolatoren k getrennt. Diese Teile können in geeigneter Weise
miteinander verbunden und innerhalb eines Gehäuses e, das eine Hilfselektrode bildet,
befestigt werden. Die Hilfselektrode hat Teile L, die sich nach dem Lntladungsraum
hin, aber nichtweit in ihn hinein
erstrecken. Anoden dl und d2 sind
so, wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, angeordnet. Es wird zunächst angenommen,
daß die Anoden dl und d2 miteinander und die beiden Steuergitter bi und b2 einerseits
sowie die Schirmgitter cl und c2 andererseits ebenfalls miteinander elektrisch verbunden
sind.
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Wenn die Anoden dl, d2 gegenüber der Kathode a auf einem positiven
Potential' gehalten werden, und wenn die Schirmgitter cl und c2 auf einem höheren
als dem Anodenpotential gehalten werden, so ist die Potentialverteilung im Raume
zwischen jedem Anodenteil dl und d2 und dem benachbarten Schirmgitterteil cl bzw.
c2 längs zum Schirmgitter und zur Anode senkrecht verlaufender Linien etwa so, wie
es Fig. 2 zeigt. Dort sind die Spannungen V als Ordinaten und die Abstände
x
als Abszissen eingetragen. Die Lage der Anode ist durch die Linie D und
die Lage des . Schirmgitters durch die Linie C angedeutet. Die Länge dieser Linien
gibt die Potentiale der Anode bzw. des Schirmgitters an. Die punktierte Linie g.
zeigt die Potentialverteilung beim Fehlen eines Elektronenstromes und ohne die Hilfselektrode.
Wenn die Anode und Schirmgitter unbegrenzte parallele Ebenen sind, ist die Kurve
go eine gerade Linie. Andernfalls ist sie, wie dargestellt, etwas gekrümmt. Aus
der Wirkung der Hilfselektrode und ihrer Teile l ergibt sich die durch die Kurve
z dargestellte Potentialverteilung, so daß
, d. h. die Änderungsgeschwindigkeit des Potentialgradienten in Richtung von der
Anode zum Schirmgitter
stärker positiv gemacht ist. In der Nähe der Anode ist der Potentialgradient sehr
klein. Infolgedessen ist nur ein sehr geringer weiterer Potentialabfall im Raum
Anode-Schirmgitter erforderlich, um dort ein Potentialminimum, wie in Fig.3 dargestellt,
zu erzeugen. In dieser ist die Kurve g der Fig. 2 punktiert eingetragen, während
die Kurve ls die Wirkung eines 'weiteren Potentialabfalles in diesem Raum zeigt.
Ein derartiger weiterer Abfall' kann durch eine Raumladung infolge der von der Kathode
ausgehenden Primärelektronen und der von der Anode ausgehenden Sekundärelektronen
auftreten. Es hat sich indessen herausgestellt, daß, wenn beim Febten einer Elektronenemission
der Wert
nicht ziemlich stark positiv ist, die Raumladung das Potentialniinimum bei normalen
Arbeitströmen nicht bilden kann; dies gilt wenigstens für die bisher untersuchten
Fälle.
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In Fig. 2 ist punktiert die Potentialverteilungt g1 cingezeichneet,
wenn das durch cl bezeichnete Schirmgitter der Anode näher steht. Das Potentialgradient
ist dann in der Nähe der Anode bedeutend größer als in dem vorher betrachteten Fall.
Infolgedessen ist ein stärkerer zusätzlicher Potentialabfall erforderlich, um ein
Potentialminimum zu erzeugen. Die Kurve zeigt, wie wichtig es ist, die Anode in
einem genügenden Abstand vom Schirmgitter anzuordnen, wobei die Spannungen und die
Ströme, mit denen die Elektroden arbeiten sollen, zu berücksichtigen sind.
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Fig. 4 zeigt die Potentialverteilung, wenn Anode und Schirmgitter
L-leiches Potential haben. Hier ist ebenfalls positiv; deshalb wird ein Potentialminimum
selbst beim Fehlen eines Elektronenflusses erzeugt. Dieses elektrostatisch erzeugte
Minimum verhindert bei genügender Tiefe den Übergang von Sekundärelektronen zwischen
Anode und Schirmgitter in beiden Richtungen, und zwar unter Bedingungen, bei denen
der durch Raumladung allein hervorgerufene Potentialabfall infolge der hohen Efektronengeschwindigkeiten
nicht ausreicht. Wenn die, Anodenspannung bedeutend niedriger als die Schirmgitterspannung
ist, verursacht eine Zunahme der Raumladungswirkung infolge der Verringerung der
Elektronengeschwindigkeiten eine derartige Erhöhung des Potentialabfalles, daß,
obgleich nunmehr kein elektrostatisches Potentialminimum vorhanden ist, genügend
Gesamtabfall unter das Anodenpotential herrscht, um das .Fließen von Sekundärelektronen
von der Anode zum Schirmgitter zu verhindern.
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Nach einer zur Richtung des Elektronenstroms senkrecht stehenden Linie,
d. h. parallel zu den Anodenflächen, ist die Potentialverteilung im Raum zwischen
Anode und Schirmgitter natürlich eine solche, daß ein Maximum etwa in der Mitte
der Linie und niedrigere Werte an den beiden Enden vorhanden sind. Die Potentialverteilung
in dem Raum ist infolgedessen sattelartig.
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Die Änderung der Potentialverteilung im Raum Anode-Schirmgitter, die
durch die Hilfselektrode hervorgerufen wird, übt auf den in diesem Raum fließenden
Elektronensttom eine sammelnde oder konzentrierende Wirkung aus. Das Ergebnis dieser
Elektronenkonzentration besteht darin, daß die erzeugte Raumladung beträchtlich
erhöht und die Bildung eines Potentialminimums durch Raumladung unterstützt wird.
Werden z. B. Sekundärelektronen von der Anode mit einer Geschwindigkeit von etwa
2o Volt ausgesendet, so können sie eine Strecke nach dem Schirmgitter zurücklegen,
bis sie eine Stellung erreichen, in der sie bei genügend dichter Raumladung durch
Potentiale zur Ruhe gebracht werden, die sich aus dem Zusammenwirken
der
Raumladung und des elektrostatischen Feldes ergeben. Sie kehren dann zur Anode zurück
und erzeugen weitere Sekundärelektronen. Dieser Vorgang kann sich wiederholen, so
daß in der Nähe der Anodenfläche eine sehr dichte Raumladung von Elektronen verhältnismäßig
geringer Geschwindigkeit zu erwarten ist. Infolgedessen wird jede durch Änderung
des elektrostatischen Feldes hervorgerufene Abnahme des algebraischen Werts von
dd x in der Nähe der Anode durch die von den Primärelektronen erzeugte Raumladung
und außerdem auch durch die Raumladung, die sich aus den Sekundärelektronen ergibt,
verstärkt; das elektrostatische Feld und die Raumladung ergeben zusammen ein kombiniertes
Potentialminimum. Dieses kombinierte Potentialminimum kann das Fließen eines Sekundärelektronenstroms
von der Anode zum Schirmgitter verhindern.
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Es ist gewöhnlich erwünscht, daß die Tetrode eine Anodenspannungs-Anodenstrom-Charakteristik
hat, wie sie in Fig.5 dargestellt ist. In dieser ist die Anodenspannung EA als Abszisse
und der Anodenstrom 1A als Ordinate für verschiedene Werte der Steuergitterspannung
Eg eingetragen. Es ist gewöhnlich erwünscht, daß das Knie in möglichst scharf gebogen
ist und bei einer möglichst niedrigen Spannung auftritt. Es darf ferner innerhalb
der Charakteristik keine weitere Biegung oder Knickung oder wenigstens keine scharf
ausgeprägte Biegung auftreten. Eine Ausbuchtung wie bei 7i in der Kurve Eg =-.4
und in kleinerem Maße in der Kurve Eg=-3 ist unwesentlich, weil dies eine außerhalb
des praktischen Arbeitsbereichs liegende Stelle ist. Es hat sich indessen herausgestellt,
daß man unter Anwendung dieser Erfindung Röhren bauen kann, bei denen keine Charakteristik
eine merkbare Ausbuchtung aufweist. Eine Belastungslinie für Widerstandsbelastung
ist mit o bezeichnet. Bei einer induktiven Belastung kann die Belastungslinie die
bei ol punktiert angedeutete Gestalt haben. In keinem Fall liegen merklich gebogene
Teile innerhalb des Aussteuerbereichs der Anodenspannung und des Anodenstroms. Es
wird angenommen, daß die Charakteristik nach Fig. 5 erwünscht ist; es ist indessen
zu beachten, daß für andere Zwecke andere Formen der Charakteristik vorzuziehen
sind. Um die Wirkungen der verschiedenen Veränderlichen beurteilen zu können, «-erden
verschiedene Wege, auf denen sich Abweichungen von dieser Charakteristik erzielen
lassen, gezeigt.
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Wenn entweder die Anode dl, d., eine zu kleine Fläche hat, die Hilfselektroden
e zii dicht am Elektroneiistroin liegen oder die Vorsprünge od. dgl. l zu weit in
den Elektronenstrom hineinragen, hat die Charakteristik ein Knie in voll großem
Krümmungsradius, imd der Wert der Anodenspannung, oberhalb deren der Strom annähernd
konstant ist, ist nicht scharf begrenzt und ziemlich liocli. Wird die Anodenfläche
vergrößert oder werden die Hilfselektroden vom Elektronenstrom weiter entfernt,
so kann man die gewünschte Form der Charakteristik erhalten. Eine weitere Vergrößerung
der Fläche der Anode oder des Abstands der Hilfselektroden vom Elektronenstrom ergibt
eine Charakteristik, bei der das Knie ut sehr scharf gebogen ist und der Anodenstrom
hinter dein Knie abfällt und dann wieder ansteigt. Diese Gestalt der Charakteristik
zeigt, daß Sekundärelektronen das Schirmgitter erreichen.
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Es wird nunmehr beschrieben, wie eine Vorrichtung mit der gewünschten
Charakteristik arbeitet. Dabei wird angenommen, daß das Schirmgitter auf einem bestimmten
positiven Potential gegen die Kathode gehalten wird, während die Hilfselektrode
und die Anode Kathodenpotential führen. Unter diesen Verhältnissen werden die sich
gegen die Anode bewegenden Elektronen zur Ruhe kommen, ehe sie die Anode erreichen,
und zwar wegen des elektrostatischen Feldes, des niedrigen Anodenpotentials und
der Raumladung. Wenn die Anodenspannung nunmehr auf einen Wert erhöht wird, der
etwa der halben Kniespannung gleich ist, so wird noch immer eine ausreichende Raumladung
entstehen, uin in dem Raum nvischen Anode und Schirmgitter ein Potential vom Wert
-Null zu erzeugen. In diesem Bereich des Potentials Null «-erden alle Elektronen
zur Ruhe gebracht, und der Bereich kann als eine virtuelle Kathode angesehen werden.
Die Anzahl der von der virtuellen Kathode nach der Anode oder nach dem Schirmgitter
fließenden Elektronen wird durch das Anodenpotential bestimmt; der zur Anode fließende
Anteil nimmt zu, wenn das Anodenpotential -steigt.
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Oberhalb der Kniespannung bestellt auf dem Elektronenweg noch ein
Potentialminimum,welches aber nicht mehr den Wert Null hat; alle vom Schirmgitter
nach der Anode beschleunigten Elektronen müssen daher geradlinig weitergehen und
schließlich die Anode treffen, selbst wenn sie durch das Potentialminimum verzögert
`-erden. Das Knie ist scharf gebogen, weil bei Erhöhung der Anodenspannung die virtuelle
Kathode praktisch in ihrer ganzen Ausdehnung eine Minimumzone, aber keine 2#lullpotentialzone
wird. Wenn die Grölte der Anode verringert wird, oder wenn die Hilfselektroden näher
an den Elektronenstrom herangebracht «-erden,
bleibt die virtuelle
Kathode an den Rändern des Strahls bei einer größeren Anodenspannung bestehen als
in der Mitte. Dadurch entsteht ein Knie von größerem Krümmungsradius.
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Wenn die Anode unzulässig groß gemacht wird, kann die Sekundärelektronenraumladung,
die aus sich in verschiedenen Richtungen langsam bewegenden Elektronen besteht,
sich nach den Teilen der Anode hin verbreiten, die von Primärelektronen oder wenigstens
von einer beträchtlichen Anzahl von Primärelektronen nicht getroffen werden. Die
Raumladung wird in diesem Fall in ihrer Intensität geschwächt und - kann so klein
werden, daß sie das Fließen von Sekundärelektronen nach dem Schirmgitter hin nicht
mehr verhindern kann. Selbst wenn die Anode unzulässig groß ist, ist es gewöhnlich
nötig, durch besondere Maßnahmen zu verhindern, daß die Sekundärelektronen sich
nach der Rückseite der Anode hin zerstreuen, und die Wirkung entsteht wie bei unzulässig
großer Anode. Zu diesem Zweck werden die bereits beschriebenen Hilfselektroden so
angeordnet, daß sie sich bis nahe an die Ränder der Anode erstrecken. Bei kleinen
Anoden kann es sich als unnötig herausstellen, die Hilfselektroden so nahe an die
Anode heranreichen zu lassen.
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Wenn die Anode nicht beträchtlich länger als breit ist, so ist es
gewöhnlich erwünscht, die Hilfselektroden nahe an die beiden Paare von einander
gegenüberliegenden Rändern heranzubringen. Bei langen und schmalen Anoden oder wenn
eine weniger vollkommene Abschirmung gegen Sekundäremission unzulässig ist, kann
es genügen, die Hilfselektroden nur dicht an den längeren Kanten der Anode anzuordnen.
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Wenn es erforderlich ist, die Kniespannung zu verringern, so ist es
nötig, die Primärelektronenraumladung derart zu verringern, daß die dadurch gebildete
virtuelle Kathode bei einer niedrigeren Anodenspannung verschwindet. Dies kann durch
Erhöhen der Schirmgitterspannung oder durch Verringern des Abstands zwischen Anode
und Schirmgitter erfolgen. Die Grenze, bis zu der diese beiden Änderungen vorgenommen
werden können, hängt im ersten Fall davon ab, wie weit die Primärraumladung unter
der Unterstützung durch die Sekundärraurliladung und das elektrostatische Feld*
ein Potentialminimum aufrechterhalten kann, das genügt, um ein Fließen der Sekundärelektronen
nach dem Schirmgitter hin zu verhindern. Im zweiten Fall hängt die Grenze davon
ab, wie feinmaschig das Schirmgitter ist.
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Es hat sich herausgestellt, daß, wenn der Abstand zwischen der Anode
und dem Schirmgitter im Vergleich zur Steighöhe des Abschirmgitters zu klein ist,
z. B. etwa das Vierfache oder weniger beträgt, die Elektronenverteilung auf der
Anodenfläche ausgesprochen ungleichmäßig ist. Die Wirkung davon ist die, daß Sekundärelektronen
zum Schirmgitter durch die Teile des Raums zurückkehren können, die von der Anode
aus gesehen vor den Schirmgitterdrähten liegen, weil dort eine sehr geringe Primärraumladung
und infolgedessen nur eine sehr geringe Abschirmung durch die Raumladung vorhanden
ist.
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Diese Wirkung der Ungleichmäßigkeit des Elektronenstroms kann verringert
oder beseitigt werden, indem die Anode in mehrere Teile unterteilt wird, und zweckmäßig
Hilfselektrodenplatten, die mit den vorher beschriebenen verbunden sind, zwischen
den zwei oder mehr Teilen der Anode eingesetzt werden.
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Es ist bisher angenommen worden, daß die Hilfselektroden, durch die
das elektrostatische Potentialminimum erzeugt wird, ein festes Potential führen,
das gleich dem Kathodenpotential ist. Dies ist nicht notwendigerweise der Fall.
In erster Linie kann es sich als wünschenswert oder als zweckmäßig herausstellen,
die Hilfselektroden auf einem festen Potential zu halten, das vom Kathodenpotential
abweicht. Eine Hilfselektrode in einer bestimmten Stellung mit Kathodenpotential
kann häufig mit dem gleichen Ergebnis durch eine Hilfselektrode ersetzt werden,
die näher am Elektronenstrom liegt und ein höheres Potential hat, oder durch eine
Hilfselektrode, die weiter entfernt vom Elektronenstrom liegt und ein niedrigeres
Potential als das Kathodenpotential hat. Ferner ist es nicht nötig, das Hilfselektrodenpotential
konstant zu halten. In vielen Fällen kann das Hilfselektrodenpotential sich mit
dem Potential der Anode oder dem Steuergitter ändern.
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Zusätzlich zu dem Merkmal der Erfindung, nämlich der Anordnung von
Mitteln, durch die ein elektrostatisches Potentialminimum in einem Teil des Raums
zwischen Schirmgitter und Anode erzeugt werden kann, wenigstens wenn diese beiden
Elektroden gleiches Potential haben, ist es ferner gewöhnlich erwünscht, daß i.
eine bei niedrigem Anodenpotential eine virtuelle Kathode bildende Zone zwischen
Schirmgitter undAnodebeiZunahme des Anodenpotentials im wesentlichen gleichzeitig
über den größeren Teil dieses Bereichs zu einer Zone eines Potentialminimums wird,
welches das Potential Null übersteigt, und a. der Abstand zwischen Anode und Schirmgitter
nicht kleiner sein soll als etwa die zweifache Steighöhe des Schirmgitters, d. h.
die Maschenweite dieses Gitters.
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Die Bedingung i ist nicht wesentlich, weil
ihre Nichterfüllung
lediglich die Gestalt des Knies der Charakteristik beeinflußt. Die Folge davon kann
nur die sein, daß die erzielbare Verstärkung nicht so verzerrungsfrei ist wie bei
einem schärferen Knie. Ein Knie, das etwas stärker abgerundet ist als notwendig,
kann manchmal zweckmäßig sein, da es sich als möglich herausgestellt hat, oberhalb
der Kniespannung unter diesen Bedingungen eine höhere Impedanz zu erhalten.
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Anstatt die Hilfselektroden e längs der Gitter und der Kathode, wie
in Fig. i dargestellt ist, anzuordnen, können die Hilfselektroden auch nur bis kurz
vor das Schirmgitter reichen, z. B. bis zu den nach innen vorstehenden Vorsprüngen
nach Fig. 6. Das elektrostatische Feld im Raum zwischen der Anode und dem Schirmgitter
wird durch diese Verkürzung der Hilfselektroden nicht beeinflußt. Schirmelektroden
p, die zweckmäßig mit den Schirmgittern c1 und c2 elektrisch verbunden sind, können
dann um die Gitter und die Kathode vorgesehen sein. Bei der Ausführungsform nach
Fig.6 reicht die Hilfselektrode bei q um die Rückseite der Anode herum.
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Eine Abänderung der Anordnung nach Fig. i ist in Fig. 7 dargestellt.
In dieser sind die Vorsprünge L weggelassen, und die Hilfselektrode e ist so gestaltet,
daß sie das elektrostatische Feld im Raum Anode-Schiringitter in der gewünschten
Weise beeinflußt. Wie in F ig. 6 ist die Hilfselektrode bei q bis hinter die Anode
verlängert und dient auch als Klammer zur Befestigung des Gitters und der Kathode.
Zu diesem Zweck besteht die Elektrode e aus zwei Hälften mit Flanschen r-,
die miteinander durch Stifte oder sonstwie verbunden werden können. Geeignete Isolierstücke
k1 sind zwischen der Elektrode e und den Gittern ei und c2 vorgesehen.
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Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 8 schematisch
dargestellt. Nach ihr ist die längliche Kathode a von einem Steuergitter b umgeben,
das wieder von einem Schirmgitter c umschlossen ist. Um das Schirmgitter c ist eine
zweiteilige Anode mit den Teilen d1 und d2 angeordnet; jeder Teil bildet ein Segment
eines Zylindermantels; zwischen den Anodenteilen d1 und d2 liegen zylindrisch gebogene
Elektroden ei und e2, die Teile der Hilfselektrode bilden. Die beiden Gitter b und
c sind zylindrisch. Diese beiden Elektroden zusammen mit der Anode und der Hilfselektrode
erstrecken sich zweckmäßig im wesentlichen über die ganze Länge der Kathode a. In
diesem Fall bilden die Teile ei und e2 der Hilfselektrode Verlängerungen der Anodenteile
d1 und d2 und liegen in derselben Zylindermantelfläche wie die Anodenteile. Diese
Fläche ist gleichachsig mit der Kathode a und den beiden Gittern b und c. Die Teile
der Hilfselektrode sind elektrisch miteinanderverbunden. Sie sind entweder mit der
Kathode verbunden, z. B. innerhalb des Vakuumgefäßes f, oder gehen nach außen zu
einem Anschluß, durch den sie auf einem niedrigen Potential gehalten werden können,
das gewöhnlich vom Kathodenpotential wenig abweicht.
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Die Hilfselektroden ei und c2 dienen zum Ändern des elektrostatischen
Feldes im Raum Anode-Schirmgitter, und zwar derart, daß d'-'V in Richtung von der
Anode nach dein Schirmgitter genügend positiv ist, und daß, wenn ein Elektronenstrom
zwischen kathode und Anode fließt, eine Raumladung in dem Raum entsteht, wie bereits
beschrieben ist. In die Raumgebiete gegenüber den Haltestrebens, die die Gitter
tragen, wird indessen ein Elektronenschatten geworfen; in diesen Gebieten fehlt
der sogenannte Elektronenschirm oder ist ungenügend dicht, der dazu dient, die Sekundärelektronen
aufzuhalten. Um diese Schwierigkeit zu beseitigen, sind Schirme t vorgesehen, die
derart angeordnet sind, daß sie die Sekundärelektronen aufhalten, die andernfalls
das Schirmgitter c erreichen würden.
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Die Schirme t können aus Metall oder aus Isolierstoff bestehen. Im
ersteren Fall können sie durchweg aus Metall oder aus einem Metallüberzug auf einer
isolierenden Unterlage bestehen. Die Metallfläche kann mit den Hilfselektroden ei
und e2 oder mit einer anderen Stelle relativ niedrigen Potentials verbunden sein
oder unverbunden bleiben. Wenn isolierende Schirme verwendet werden, können sie
aus Glas oder Glimmer bestehen. Im Betrieb nimmt jeder Schirm auf seiner Fläche
eine Ladung an, die genügt, um sein Potential dem der Kathode annähernd gleich zu
machen.
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Bei einer in Fig. 9 dargestellten abgeänderten Ausführungsform sind
die Anode und Hilfselektrode noch weiter in Teile d1, dz, d3 usw. bzw.
ei, e2, e3 usw. unterteilt. Die ersteren liegen dabei zwischen den letzteren.
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In den Fig. io und ii ist eine abgeänderte Ausführungsform der Fig.
8 und 9 dargestellt. Die Unterteilung erfolgt längs der Längsrichtung der Kathode.
Jeder Teil der Anode a1, a2 und jeder Teil der Hilfselektrode ei, c2, e3 hat die
Gestalt eines kurzen Zylinders.
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Fig. 12 zeigt eine Abänderung der Ausführung nach Fig. b. In ihr sind
die Schirme t und die Hilfselektroden ei, e2 kombiniert und die ganze Elektrode
ei, e2, t kann als Hilfselektrode angesehen «erden.
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Bei den Anordnungen nach den Fig. 1, 6, ä, 9 und io sind die Hilfselektroden
selbst die Verlängerung der Anode oder haben Teile zt (Fig. i und 6) als Verlängerung
der Anode.
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Nach Fig. 12 hat die Hilfselektrode, obwohl
sie keine
Verlängerung der Anodenfläche bildet, dennoch Ränder, die nahe an den Rändern der
Anode liegen, so daß die Anodenteile d1 und d2 zusammen mit den Hilfselektroden
im wesentlichen einen kastenartigen Teil bilden, der sich um die Gitter und die
Kathode erstreckt. Die Hilfselektrode e nach den Fig. i, 6 und 7 kann sich natürlich
auch vollkommen um die Anode und die Gitter erstrecken, d. h. um deren Ränder, die
parallel zur Papierebene liegen. Dies ist gewöhnlich erwünscht, wenn die Anode und
die Gitter im wesentlichen viereckig oder rund sind. Wenn diese Elektroden eine
bedeutend größere Länge als Breite haben, in der Richtung der Längsachse der Kathode
gesehen, so ist es häufig überflüssig, die Hilfselektrode, die Gitter und Anode
vollkommen einschließen zu lassen.
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Bei Entladungseinrichtungen der beschriebenen Art, bei denen die Hilfselektroden
bis nahe an die Ränder der Anode herantreten, ist es häufig zweckmäßig, die Anode
mit den Hilfselektroden mittels geeigneter Isolatoren zu verbinden, die z. B. aus
Glimmer oder keramischem Werkstoff bestehen können. Zwei Befestigungsarten sind
in den Fig. 18 und i9 dargestellt. Nach Fig. 18. sind die Innenränder der Hilfselektroden
ei und e2 derart geschlitzt, daß zwei Zungen v1 und v2 nach außen in eine horizontale
Ebene nahe dem oberen Ende der beiden Hilfselektroden gebogen werden können. Zwei
ähnliche Zungen sind ebenfalls nach außen in eine horizontale Ebene nahe dem unteren
Ende der beiden Hilfselektroden gebogen; dies ist jedoch in der Zeichnung nicht
dargestellt. An der Anode d, die die Gestalt einer rechteckigen Platte hat, ist
ein Stab. w, zweckmäßig von viereckigem Querschnitt, längs der Mittellinie der Anode
befestigt. Zwei Isolatoren in Gestalt rechteckiger Stäbe, von denen der obere bei
x angedeutet ist, haben in ihrer Mitte je ein viereckiges Loch; in ihre Enden sind
Nuten eingeschnitten. Der Stab w, der über das obere und untere Ende der Anode hinausragt,
ist in die Löcher der Isolatoren x eingesetzt. Die Hilfselektroden werden in die
Nuten an den. Enden der Isolatoren eingreifen. Die Zungen v. und v2 werden dann
um die Isolatoren herum gebogen, wie bei v2 ersichtlich, um sie in dieser Lage festzuhalten.
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Bei einer anderen Ausführungsform nach Fig. i9 sind dünne Isolierstreifen
y1 und y2 an der Anode d befestigt, z. B. mittels Niete, und zwar nahe am oberen
und unteren Ende. Diese Streifen stehen nach außen über die senkrechten Ränder der
Anode hervor. Die Anode wird auf die Zungen v1, v2, v3 und v4 aufgesetzt,
die aus der Ebene der Hilfselektroden, wie vorher angegeben, herausgebogen sind.
Die Zungen werden dann über die vorstehenden Enden der Streifen, wie bei v1 und
v2 gezeigt, umgebogen, um diese zu halten.
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Anstatt die Zungen aus den Abschirmteilen herauszubiegen; können natürlich
auch entsprechende Zungen an diesen Schirmen befestigt werden, z. B. durch Schweißen.
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Das vorher beschriebene Zusammenbauverfahren kann auch für die Befestigung
einer Mehrzahl von Anodenteilen aneinander angewendet werden. Wenn die Anodenteile
durch eine Hilfselektrode getrennt werden, so können die benachbarten Teile der
Hilfselektrode ebenfalls mittels der vorbeschriebenen Isolatoren miteinander verbunden
werden. In ähnlicher Weise kann irgendeine Elektrode mit einer anderen Elektrode
verbunden werden, sofern diese Elektroden einander genügend nahestehende Teile haben.
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Bei der Ausführungsform der Erfindung nach den Fig. 13 bis
17 sind zwei Steuergitter bi und b2 und zwei Schirmgitter ciundc2 mittels der Isolatoren
k in passenden Abständen voneinander und von der Kathode a angeordnet. Die beiden
Steuergitter sind miteinander und mit einer Leitung i verbunden, die durch den Oberteil
des Vakuumgefäßes f geht. Die Gitter bestehen aus dünnen, zwischen Haltestreben
angeordneten Drähten. Zwischen den beiden oberen und den beiden unteren Drähten
jedes Gitters gehen Isolierstreifen 2, z. B. aus Glimmer, hindurch. Zwei Anoden
d1 und d2 sind.an den Glimmerstreifen 2 mittels Zungen 3 befestigt, die durch den
Glimmer hindurchgehen und umgebogen sind. Jeder Anode ist eine Hilfselektrode zugeordnet,
die einen flachen Teil 4 mit einer großen rechteckigen Öffnung, ferner Seitenteilen
5 und nach innen vorstehenden Teilen 6, die bis nahe an die Ränder der Anode reichen,
aufweist. In den rechteckigen Öffnungen der Hilfselektroden sind rinnenartige Schirme
2@5 und 26 angeordnet. Ihre Ränder sind an den Schirmgittern c1 und c2 befestigt
und dadurch mit ihnen elektrisch verbunden. Die ebenen Teile 5 der Hilfselektroden
legen sich mittels Isolierstreifen k auf den durch Gitter und Kathode gebildeten
Bauteil. Die beiden Hifselektroden werden dann mittels metallischer Streifen 7 verbunden.
Diese können durch Punktschweißung befestigt werden. Kathode und Gitter sind dadurch
fest in ihrerLage gehalten. Vier Metallteile 8 werden dann an der Hilfselektrode
durch Punktschweißung befestigt; sie dienen dazu, eine Bewegung der Glimmerstreifen
2 zu- verhindern.
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Die Schirme 25 und 26 können gegebenenfalls so verlängert werden,
daß sie zusammen mit dem Schirmgitter c das Steuergitter b mit Ausnahme derÖffnungen
fürdieDurchführung der Kathoden- und Steuergitterleitung vollkommen umschließen.
Die
beiden Anoden <h und d, und die beiden Steuergitter bi und b, können miteinander
verbunden oder nach außen zu getrennten Anschlüssen geführt -,werden, so daß die
Röhre als Gegentaktverstärker verwendet werden kann. Die Hilfselektrode kann mit
der Kathode innerhalb des Vakuumgefäßes verbunden «-erden. Gegebenenfalls kann sie
aber auch mit einem besonderen Anschluß versehen werden, so daß sie auf jedes gewünschte
Potential gebracht werden kann.
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In den Fig. 2o bis 23 ist die konstruktive Ausbildung einer Röhre
nach Fig. 8 dargestellt. Die Elektroden sind zwischen zwei Scheiben 9 und io aus
Isolierstoff, z. B. aus Glimmer, angeordnet, die gezahnte Ränder haben, die sich
gegen die Innenwandung des Vakuumgefäßes f legen können. Die Anoden d1 und d, und
die- Hilfselektroden ei und e2 sind auf den Glimmerscheiben 9 und io mittels Nasen
i i befestigt, die durch Öffnungen der Scheiben hindurchgehen und umgebogen sind.
Infolgedessen dienen die Elektroden dl, d2, ei, e2 dazu, mit den Scheiben 9 und
io einen starren Bauteil zu bilden. Die Kathode a ist in Öffnungen in der Mitte
der Scheiben 9 und io gelagert. Die Gitterhaltestreben s gehen ebenfalls durch Löcher
der Scheiben 9 und io. Die Kathode ist indirekt beheizt, wofür sie nach außen führende
Leitungen 12 und 13 hat; die Kathode selbst ist mit einer Leitung 1.I verbunden.
Die Anodenteile dl und d2 sind miteinander durch einen Draht 15 und mit einer Leitung
16 verbunden. Die Teile ei und e2 der Hilfselektrode sind miteinander und mit Schirmen
t durch einen Draht 17 und mit einer Leitung 18 sowie auch mit der Kathode a verbunden.
Die Gitter b und c sind mit Zuleitungen i9 bzw. o verbunden. Die Schirme t liegen
in dem Schatten, der durch die Haltestreben s geworfen wird. Ihr Zweck ist bei der
Beschreibung der Fig. 8 angegeben. Die Schirme sind an den Glirnmerscheiben 9 und
io mittels Nasen 21 befestigt.
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Die Anodenteile d1 und d2 können Vorsprünge oder Ansätze 22 in Gestalt
von kleinen ringsegmentartigen Teilen aus Blech haben. Diese Vorsprünge liegen zweckmäßig
nahe an dem oberen und unteren Ende jedes Anodenteils dl und d,. Bei der einen Ausführungsform
haben sie von den Enden der Teile dl und d2 einen Abstand von etwa 1b der ganzen
Länge der Teile. Der Zweck dieser Vorsprünge besteht darin, Elektronen aufzuhalten,
die schräg in den Raum Anode-Schirmgitter gehen und die beim Fehlen der Vorsprünge
das Schirmgitter um die Außenseite der Raumladungszone herum erreichen könnten.
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Es hat sich herausgestellt, daß außer den verschiedenen bereits erwähnten,
das Arbeiten der Entladungseinrichtung nach der Erfindung beeinflussenden Faktoren
noch andere Ptufcte berücksichtigt «-erden müssen. Wenn das Schirmgitter zu nahe
am Steuergitter liegt oder zu weitmaschig ist, kann das Steuergitter eine Verringerung
des Potentials im Raum Anode-Schirmgitter hervorrufen. Diese Potentialabnahme steigert
die Wirkung der Hilfselektrode und muß beim Entwerfen der Anordnung in Rechnung
gestellt werden. Andernfalls kann das Knie der Charakteristik einen unzulässig großen
Krümmungsradius erhalten; außerdem kann eine Verringerung der Impedanz der Entladungsrähre
oberhalb der Kniespannung eintreten. Die erste Wirkung ergibt sich wohl dadurch,
daß die virtuelle Kathode bei verschiedener Spannung an verschiedenen Punkten des
Raums Anode-Schirmgitter verschwindet. Die zweite Wirkung entsteht vermutlich durch
den Einfluß des Steuergitters, das die Beseitigung der sekundären Raumladung von
Schirmgitter durch die Anode verhindert.
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Bei verschiedenen Ausführungen ist es erwünscht, die Öffnungen des
Steuergitters in an sich bekannter Weise mit den Öffnungen des Schirms in Richtung
des Elektronenstroms in eine Linie zu legen. Wenn eine Anordnung so ausgeführt ist,
dar) sie gemäß der Erfindung mit in einer Linie liegenden Gittern befriedigend arbeitet,
so kann es sich herausstellen. daß sie unbefriedigend arbeitet, wenn die Gitter
nicht in einer Linie liegen. Die dadurch hervorgerufene Wirkung ist gleich derjenigen,
die durch die Verwendung eines Schirmgitters mit zu großer Maschenweite hervorgerufen
wird.