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Elektronenröhre Die Erfindung bezieht sich auf für Endstufen geeignete
Elektronenröhren. Bei den gewöhnlichen Schirmgitterröhren mit einer Glühkathode,
einem Steuergitter, einem Schirmgitter und einer Anode ergeben sich Schwierigkeiten
durch die Sekundäremission von der Anode zum Schirmgitter, da sie zu Verzerrungen
derAusgangsleistung derRöhrebesonders bei großen Leistungen führt, wenn die Anodenspannung
unter die Schirmgitterspannung sinkt. Aus diesem Grunde läßt man die Anodenspannung
während des Betriebes gewöhnlich nicht niedriger werden als die Schirmgitterspannung.
Dadurch wird aber die nutzbare Ausgangsleistung und die Wirtschaftlichkeit derRöhrevermindert.
Mankann zwar den Sekundärelektronenübergang in den Bremsgitterröhren oder Pentoden,
die ein drittes oder Bremsgitter zwischen Schirmgitter und Anode enthalten, verhindern,
jedoch sind die Anodenspannungs-Anodenstrom-Kennlinien derartiger Röhren bei niedrigen
Anodenspannungen nicht so, wie es wünschenswert wäre. Auch dort ist die Aussteuerung
der Anodenspannung in Gebiete unterhalb der Schirmgitterspannung nur in beschränktem
Umfang möglich, da in diesen Gebieten Verzerrungen entstehen.
Es
ist bekannt, das Bremsgitter zu ersetzen durch vier zur Kathode parallele Drähte,
von denen zwei in derselben Ebene wie die Gitterhaltestreben und zwei in einer dazu
senkrechten Ebene liegen. Diese Anordnung bringt jedoch hinsichtlich der erwähnten
Schwierigkeiten keine wesentliche Erleichterung.
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Es ist ferner bekannt, an Stelle eines Bremsgitters eine zwischen
Schirmgitter und Anode erzeugte Elektronenraumladung, die Bremsraumladung, zur Verhinderung
des Sekundärelektronenüberganges zu verwenden und zur Unterstützung der Wirkung
der Bremsraumladung zu beiden Seiten des Schirmgitters aus Blechstreifen bestehende
Hilfselektroden anzuordnen. Die Erfindung bezweckt eine weitere Begünstigung der
Entstehung dieser Bremsraumladung durch eine geeignete Ausbildung der anderen Elektroden.
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Es ist schließlich auch bekannt, Gitterelektroden, insbesondere allen
Gittern einer Mehrgitterröhre, einen elliptischen Querschnitt zu geben und die Haltestreben
an den Endpunkten der großen Ellipsenachse anzuordnen. Dadurch wird eine Bündelung
des Entladungsstromes in Richtung der kleinen Ellipsenachse bewirkt. Erfindungsgemäß
wird von dieser Maßnahme zur Verbesserung der Wirksamkeit einer Bremsraumladung
Gebrauch gemacht.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Elektronenröhre mit Kathode, Steuergitter,
Schirmgitter und Anode, bei der der Abstand zwischen Schirmgitter und Anode mindestens
gleich dem kleinsten Abstand ist, bei dem sich eine Bremsraumladung ausbilden kann,
und bei der zu beiden Seiten des Schirmgitters aus Blechstreifen bestehende Hilfselektroden
angeordnet sind, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß der Entladungsstrom durch
Verwendung von Gittern mit angenähert elliptischen oder linsenförmigen Querschnitten
und Anordnung aller Gitterstreben in einer durch die großen Achsen der Ellipsen
gehenden Ebene gebündelt ist und daß die Hilfselektroden symmetrisch zur kleinen
Ellipsenachse liegen und sich im wesentlichen parallel zu dieser und zur Kathode
erstrecken. Die durch die gekennzeichnete Ausbildung der Gitter bewirkte Elektronenbündelung
hat eine gleichmäßige Verteilung der Elektronen im Entladungsquerschnitt zur Folge
und gibt die Gewähr für eine lückenlose Ausbildung eines den Sekundärelektronenübergang
hemmenden Potentialminimums im ganzen zwischen den Hilfselektroden freigelassenen
Entladungsquerschnitt. Es ist infolgedessen möglich, die Anodenspannung ohne Gefahr
einer Verzerrung bis unter die Schirmgitterspannung herab auszusteuern und dabei
einen hohen Innenwiderstand sowie einen scharfen Kennlinienknick zu erzielen. Die
Erfindung soll nun an Hand der Zeichnungen beschrieben werden. Die Abb. i und 2
zeigen eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Entladungsröhre. Sie besitzt ein
entlüftetes Gefäß io, .einen normalen Sockel i i und einen Quetschfuß 12, auf dem
das Elektrodensystemaufgebautist. DiesesElektrodensystem besteht aus einer indirekt
geheizten Kathode 13 mit gegenüberliegenden flachen Seitenflächen, welche
von einem Steuergitter 14 mit Seitenstreben 15 und einem Schirm-Bitter 16 mit Seitenstreben
17 umgeben wird. Die Gitter sind koaxial zur Kathode angeordnet, und ihre
Seitenstreben liegen alle in einer Ebene. Die besten Ergebnisse erzielt man, wenn
beide Gitter einen linsenartigen Querschnitt haben, die Gitter also die allgemeine
Gestalt einer konvexen Zylinderlinse besitzen. Die Gitter werden von r einer zylindrischen
Anode 18 mit Seitenstreben i9 umgeben. Die Anode kann mit Kohlenstoff überzogen
sein, um die Sekundärernission herabzusetzen oder die Hitze besser abstrahlen zu
lassen. Zwischen der zylindrischen Anode und den Schirmgitterseitenstreben
17 ist ein Paar Schirmelektroden, die den Elektronenstrom begrenzen und die
vorzugsweise aus Metall bestehen, angeordnet. Diese Schirme 20 sind dicht bei den
Gitterseitenstreben und senkrecht zur Ebene der Seitenstreben angeordnet. Diese
Ebene der Gitterstreben verläuft längs der langen Achse des Kathodenquerschnitts
und führt der Länge nach durch die Kathode, parallel zu den emittierenden Seitenflächen
der Kathode. Die verschiedenen Elektroden werden von zwei isolierenden Distanzhaltern
22 und 23 gehalten, wobei die Seitenstreben durch diese Isolierbrücken hindurchführen.
Sie bestehen vorzugsweise aus Glimmer und werden an den Anodenseitenstreben i9 mit
Hilfe von metallischen Klammern oder Streifen 2.4 und 25, die an den Streben angeschweißt
sind, befestigt. Das untere Ende der Steuergitterseitenstreben 15 ist elektrisch
mit der Gitterzuleitung 26 durch einen Streifen 27 verbunden, der zugleich als Wärmeabstrahlfläche
dient. Auch das obere Ende der Steuergitterseitenstreben besitzt Kühlflächen 28,
um die Gitterstreben kühl zu halten. Die unteren Enden der Kathode 13 und der Schirme
2o sind elektrisch mittels eines Leiters oder Streifens 29 mit der Kathodenzuleitung
30 verbunden, so daß die Schirme ein elektrostatisches Feld erzeugen. Das
obere Ende des Elektrodensystems ist federnd gegen den Domteil des Gefäßes mit Hilfe
von Glimmerfedern 3 i abgestützt. In der Abbildung ist nur eine davon dargestellt,
die am Rande der oberen Glimmerbrücke 22 befestigt ist. Die ausgezogenen Linien
der Abb..I zeigen die Anodenstrom - (J") -Anodenspannungs - (E") -Kennlinien einer
erfindungsgemäßen Röhre.
Das Diagramm ist nach einer Photographie
hergestellt, welche von den mit Hilfe eines Oszillographen aufgenommenen Charakteristiken
einer Pentode und einer erfindungsgemäßen Röhre gemacht wurde. Die Kennlinienkurven
sind für verschiedene Steuergittervorspannungen Eg., die sich um je 7 V unterscheiden,
aufgenommen. Sie besitzen bei verhältnismäßig niedrigen Anodenspannungen einen sehr
scharfen Knick, so daß die Röhre sehr weit ausgesteuert werden kann und einen hohen
Wirkungsgrad besitzt, ohne daß im Ausgang der Röhre Verzerrungen auftreten. Der
Anstieg des oberen flachen Teiles der Kurven hinter dem Knick ist sehr flach und
ist für alle Gittervorspannungen der gleiche. Es gelang, schon bei 35 V Anodenspannung
und bei Zoo mA Anodenstrom einen scharfen Knick zu erhalten, während die Schirmgitterspannung
250V Betrug. Diese niedrige Anodenspannung liegt beträchtlich tiefer, als
bei den bisherigen Schirmgitterröhren erreicht werden konnte. Bei geeigneter Belastung
ist die Kraftverstärkung der Röhre sehr groß, schon geringe Änderungen der Gitterspannung
rufen große Änderungen der Ausgangsleistung hervor. Verzerrungen treten dabei kaum
auf. -Die punktierte Linie in Abb. q. stellt die Anodenstrom-Anodenspannungs-Charakteristik
einer Bremsgitterröhre oder Pentode unter gleichen Betriebsbedingungen dar, bei
denen die Kurven der erfindungsgemäßen Röhre aufgenommen wurden. Der Unterschied
des Kurvenverlaufes ist augenfällig. Die Pentodenkurve hat einen langen abgerundeten
Knick und einen steileren Anstieg im Arbeitsgebiet als die Kurven der erfindungsgemäßen
Röhre. Man kann feststellen, daß der Anodenstrom und damit auch die Ausgangsleistung
der erfindungsgemäßen Röhre mehr als doppelt so groß ist wie der einer Pentode unter
den gleichen Bedingungen (gleiche Anoden- und gleiche Gitterspannung). Es ist also
offenbar, daß die erfindungsgemäße Röhre nicht nur einen besseren Wirkungsgrad hat,
da sie eine weitere Aussteuerung der Anodenspannung gestattet, sondern daß auch
größere Leistungen ohne Verzerrung bewältigt werden können. Wegen des flacheren
Anstiegs der Kurven bleiben Steilheit und innerer Widerstand über einen großen Anodenspannungsbereich
nahezu konstant. Wenn mit einer negativen Gittervorspannung von 7 V gearbeitet wird,
dann kann bei der erfindungsgemäßen Röhre die Anodenspannung bis unterhalb 35 V
ausgesteuert werden, ohne daß unerwünschte Verzerrungen auftreten.
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Zum besseren Verständnis der der Röhre zugrunde liegenden Prinzipien
und der mit ihr erzielbaren überlegenen Resultate seien die Abb. 5 bis 9 einschließlich
betrachtet. Abb. 5 ist ein Längsschnitt durch eine theoretische Schirmgitterröhre
mit vier konzentrischen zylindrischen Elektroden, einer Glühkathode 5o, einem Steuergitter
51, einem Schirmgitter 52 und einer Anode 53. Es sei angenommen, daß die Elektroden
keine Seitenstreben haben, daß das Steuergitter 51 eine negative Vorspannung erhalte
und das Schirmgitter 52 sich auf positivem Potential befinde und daß die Anodenspannung
variiert werde. Der Abstand zwischen dem Schirmgitter und der Anode ist mit dem
Buchstaben d bezeichnet.
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Die Potentialverteilung zwischen dem Schirmgitter 52 und der Anode
53 für eine bestimmte, festgehaltene Schirmgitterspannung und für verschiedene Anodenspannungen
bei einem geringen Abstand dl vom Schirmgitter ist in Abb. 6 graphisch dargestellt.
Bei fester positiver Schirmgitterspannung 92, bei kalter und nicht emittierender
Kathode und ohne Elektronen zwischen Schirmgitter und Anode wird die Potentialverteilung
durch die geraden, ausgezogenen Linien g2-po, gs p1, 9212 und g2-p. für die Anodenspannungen
po, p1, p2 und p3 dargestellt. Wird jedoch die Kathode 50 geheizt, so daß
sie Elektronen aussendet, die sich von der Kathode durch das Steuergitter
51 und dem positiv vorgespannten Gitter 52 zur Anode 53 bewegen, dann ändert
sich die Potentialverteilung etwas und verläuft unterhalb der ausgezogenen Linien
wegen der Anwesenheit der negativgeladenen Elektronen in dem Raum zwischen Schirmgitter
und der Anode. Dieser Verlauf wird durch die punktierte Linie angedeutet. Bei der
Betrachtung der Vorgänge, die stattfinden, wenn sich die Elektronen von der Kathode
zur Anode bewegen, wird für den vorliegenden Zweck angenommen, daß alle das Schirmgitter
durchsetzenden Elektronen gleiche Geschwindigkeit und gleiche Wege besitzen, d.
h. daß sie sich senkrecht zur Elektrodenfläche bewegen. Ferner wird angenommen,
daß auf der Anode durch die aufprallenden Elektronen keineSekundärelektronen erzeugt
werden. Die vom positiven Schirmgitter aus der Kathode gezogenen Elektronen erreichen
solche Geschwindigkeit, daß die meisten das Schirmgitter durchsetzen und zur Anode
streben. Befindet sich die Anode auf einem unterhalb der Schirmgitterspannung liegendenPotential,
dann werden die sich der Anode nähernden Elektronen infolge des abnehmenden Feldverlaufes
verzögert. Wenn die Anode gerade eben negativ gemacht ist, dann fließt überhaupt
kein Anodenstrom, da die Elektronen kurz vor der Anode anhalten und dann zum Schirmgitter
zurückkehren. Wenn die Anode ganz wenig positiv ist, dann werden die Elektronen
in dem Raum zwischen Schirmgitter und Anode abgebremst, aber nichtsdestoweniger
erreichen doch alle die Anode, da die den Elektronen
vom Schirmgitter
mitgeteilteGeschwindigkeit diese dicht an die Anode heranführt, worauf die positive
Spannung der Anode die Elektronen zu dieser herüberzieht. Wird die Anodenspannung
En positiver gemacht, dann nimmt der Anodenstrom T,, nicht zu, da für alle positiven
Anodenspannungen alle das Schirmgitter durchsetzenden Elektronen die Anode erreichen
können. Das wird durch Abb.7 veranschaulicht, in der der Anodenstrom T" für verschiedene
Steuerspannungen gegen die AnodenspannungE" aufgetragen ist. Das Steuergitter wird
gewöhnlich negativ gegenüber der Kathode vorgespannt. Eine Zunahme der Steuergitterspannung
in positiver Richtung, d. h. von Eg.1 nach Egg, erhöht den Anodenstrom Jn. Die Kennlinienkurven
sind flach und parallel, und derartige Charakteristiken wären für eine Endröhre
ideal.
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Abb. 8 zeigt die Veränderung in der Potentialverteilung zwischen dem
Schirmgitter und der Anode mit zunehmendem Abstand der Anode vom Schirmgitter. Es
sollen sich dabei Elektronen im Zwischenraum befinden, und das Schirmgitter soll
eine feste positive Spannung g2 besitzen. Ohne Spannung an der Anode und bei einem
Anodenabstand vom Schirmgitter kleiner als d3, ist die Potentialverteilung der in
Abb. 6 gezeigten sehr ähnlich. Die einzige Ausnahme ist, daß die Kurve nicht so
schnell auf Null abfällt an den Stellen, wo das Feldpotential das Nullpotential
der Anode erreicht. Für verschiedene Anodenspannungen und verschiedene Gitterspannungen
werden die Anodenstrom-Anodenspannungs-Charakteristiken ungefähr die gleichen wie
in Abb. 7. Wird die Anode etwas weiter vom Schirmgitter entfernt, etwa bis zu einem
Abstand d4, dann erreicht das Feld Nullpotential an einem etwas vor der Anode liegenden
Punkt und nicht genau bei der Anode, wie es bei den Abständen d1, d2 oder d3 der
Fall war. Wird die Anode noch weiter, bis zu einem Abstand d5, vom Schirmgitter
fortgerückt und gibt man der Anode dabei eine gewisse positive Spannung p1, dann
erreicht die Potentialverteilungskurve die Nullachse und hat dort eine Nulltangente,
d. h. in diesem Punkt kurz vor der Anodenfläche findet weder eine Zunahme noch eine
Abnahme des Feldgradienten statt. Eine plausible Erklärung dieser Erscheinung ist
folgende: Wenn die Anode weiter und immer weiter vom Schirmgitter entfernt wird,
dann werden die das Schirmgitter durchfliegenden Elektronen bis zum Halten abgebremst,
noch bevor sie die Anode erreichen. Die Elektronen, die vollkommen zum Stillstand
kommen, besitzen nur geringe Neigung, zum Schirmgitter zurückzukehren. Aber an dieser
Rückkehr werden sie durch andere Elektronen gehindert, die sich zur Anode bewegen.
Das Ergebnis ist gegebenenfalls eine Elektronenwolke, die man gemeinhin als Raumladung
bezeichnet, die sich vor der Anodenfläche ausbildet. Die negative Ladung der Elektronen
verursacht die Feldsenkung an diesem Punkt.
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Diese Feldverhältnisse sind praktisch die gleichen, als wenn an Stelle
der eine virtuelle Kathode bildenden Elektronenwolke eine wirkliche Kathode gesetzt
würde.
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Ohne Anodenspannung erfahren die Elektronen dieser Wolke keine auf
die Anode gerichtete Kraft. Gibt man der Anode eine kleine positive Spannung, dann
werden einige Elektronen aus dem äußersten Rand der Wolke selbstverständlich zur
Anode gezogen, und es entsteht ein kleiner Anodenstrom. Wenn man die Anodenspannung
steigert, dann werden immer mehr Elektronen zur Anode hinübergezogen, und die Raumladung
der virtuellen Kathode wird weniger dicht und übt eine geringere Wirkung auf die
vom Schirmgitter zur Anode sich bewegenden Elektronen aus. Bis zu einer Anodenspannung,
etwa p1, begrenzt die Raumladung die Zahl der Elektronen tatsächlich und damit auch
die Höhe des Anodenstromes. Wird die Spannung p1 an die Anode gelegt, dann werden
die Elektronen ebenso schnell aus der virtuellen Kathode herausgezogen wie sie ankommen.
Aber trotzdem bildet sich in dem Raum zwischen Schirmgitter und Anode eine Stelle
mit einem Potentialminimum aus. Theoretisch kann die Röhre als Diode aufgefaßt werden,
die aus der virtuellen Kathode und der Anode besteht. Wird nun beim gleichen Anodenabstand
d5 eine etwas höhere Anodenspannung p2 angelegt, dann bildet sich immer noch zwischen
Schirmgitter und Anode eine Stelle mit Minimumpotential aus, wie in der Abbildung
durch die punktierte Linie g2-p. dargestellt ist, und alle Elektronen erreichen
die Anode. Das gilt für alle Anodenspannungen größer als p1 bis hinauf zu Spannungen
oberhalb der Schirmgitterspannung. Die Anodenstrom-Anodenspannungs-Kennlinienfür
verschiedene Steuergitterspannungen und bei dem gleichen Anodenabstand d5 werden
durch die ausgezogenen Linien in Abb. 9 dargestellt. Der Teil der Kurven zwischen
Null und Ep 1 rührt von der Bildung der Elektronenwolke oder virtuellen Kathode
vor der Anode her. Da bei En 1 übersteigenden Anodenspannungen ebenso viele Elektronen
aus der virtuellen Kathode zur Anode übergehen, wie vom Schirmgitter ankommen, findet
keine Zunahme des Anodenstromes statt, wenn die Anodenspannung erhöht wird, vorausgesetzt,
daß die Steuergitterspannung Es nicht geändert wird. In diesem Anodenabstand d.
hängt
der Wert der Anodenspannung En 1 von der Vorspannung des Steuergitters ab.
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Rückt man die Anode vom Abstand d5 bis auf einen Abstand d3 an das
Schirmgitter heran, dann bewegt sich der Kurventeil OEp 1,
der die durch Raumladung
begrenzten Kurventeile darstellt, auf die Spannungsnullachse zu, wie durch die punktierten
Kurven angedeutet. Mit anderen Worten, unter diesen Bedingungen besitzt die virtuelle
Diode kleineren Abstand und erreicht schon bei niedrigeren Anodenspannungen die
Sättigung. Im kritischen Anodenabstand d3 nehmen die Anode und die virtuelle Kathode
dieselbe Stellung ein, und der nur noch von der Steuergitterspannung abhängige Anodenstrom
erreicht bei außerordentlich kleinen positiven Anodenspannungen sein Maximum unabhängig
von der Steuergitterspannung. Eine Röhre mit solchen Kennlinien, bei der schon eine
geringe positive Anodenspannung den bei jeder speziellen Gittervorspannung möglichen
Höchstwert des Anodenstromes erreichen läßt, wäre eine ideale Röhre, da sie maximale
Ströme und maximale Aussteuerung der Anodenspannung zuließe und mit hohem Wirkungsgrad
arbeitete. Solche Bedingungen würden vorliegen in einer Röhre mit vollkommen homogenem
Feld; gleichförmiger Elektronengeschwindigkeit und völliger Abwesenheit von Sekundärelektronen.
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In der Praxis werden aber bei allen Betriebsbedingungen Sekundärelektronen
erzeugt, und solange das Potential von der Anode zum Schirmgitter hin ansteigt,
kehren diese Sekundärelektronen zum Schirmgitter zurück. Sie rufen nicht nur eine
Erhöhung des Schirmgitterstromes hervor, sondern verursachen auch eine Verzerrung
der Ausgangsleistung der Röhre. Es ist deshalb erwünscht, die durch die Sekundäremission
hervorgerufenen Störungen zu beseitigen, indem man verhindert, daß die Sekundärelektronen
von der Anode zum Schirmgitter übergehen können. Es ist festgestellt worden, daß
durch Erzeugung eines um- io bis 15 V negativen Potentials gegenüber der Anode an
einer Stelle zwischen Anode und Schirmgitter die Sekundärelektronen, die von der
Anode ausgehen, daran gehindert werden, durch diese Stelle hindurch zum Schirmgitter
überzugehen. Das auf Nullpotential gehaltene und zwischen Schirmgitter und Anode
angeordnete sogenannte Bremsgitter erzeugt angenähert eine solche Stelle mit einem
niedrigeren Potential als die Anode. Die Anwesenheit eines solchen Bremsgitters
zerstört aber die Gleichförmigkeit des Feldes zwischen Schirmgitter und Anode. Viele
Elektronen werden dadurch vom kürzesten geraden Weg abgelenkt und können die Anode
wegen des Geschwindigkeitsverlustes nicht mehr erreichen. Dadurch ist es unmöglich,
eine Anodenstrom-Anodenspannungs-Charakteristik mit einem scharfen Knick zu erzielen.
Die Potentialverteilung ist mit anderen Worten bei verschiedenen OOuerschnitten
durch die Röhre verschieden, so daß einige Anodenteile mehr Elektronen erhalten
als andere. Es existiert infolgedessen keine bestimmte Anodenspannung, bei der alle
Elektronen die Anode erreichen und der maximale Anodenstrom fließt. Infolgedessen
wird der Knick der Kennlinie sehr stark abgerundet. Bei abgerundetem Knick verschiebt
sich aber die kleinste zulässige Spannung, bis zu der die Anodenspannung ausschwingen
darf, auf der Charakteristik nach rechts, setzt also die kleinste Spannung herauf
und erniedrigt den Wirkungsgrad der Röhre. Es wäre deshalb erwünscht, zwischen Schirmgitter
und Anode ein solches Feld zu erzeugen, das eine Stelle mit einem Minimumpotential,
welches etwa io bis 15 V unter der Anodenspannung liegt, und keine Feldverzerrung
enthält.
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Wie in Abb. 7 zu erkennen ist, wurde diese Bedingung dadurch verwirklicht,
daß die Anode in einem größeren als dem kritischen Abstand d3 vom Schirmgitter angeordnet
wurde. Wenn die Anode bis zu einem Abstand von z. B. d5 vom Schirmgitter fortgerückt
wird, wie z. B. in Abb. 7, und wenn bei einem solchen Abstand eine Spannung an der
Anode eine Feldverteilung erzeugt, bei der eine Stelle mit einem um io bis 15 V
niedrigerem Potential zwischen Anode und Schirmgitter gebildet wird, dann wird für
alle positiven Anodenspannungen vor der Anode eine Schranke aufgerichtet, die die
Sekundärelektronen daran hindert, zum Schirmgitter überzugehen. Die Sekundärelektronen
können nämlich nicht gegen ein Feld anlaufen, bei dem die Spannung io bis
15V niedriger als das Potential ihres Entstehungsortes liegt.
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In einer Schirmgitterröhre der oben beschriebenen Art können erfindungsgemäß
praktischvollkommeneCharakteristiken erzielt werden, indem die Anode im richtigen
Abstand vom Schirmgitter angeordnet wird. Die Gitter werden normalerweise von Seitenstreben
getragen. Diese erzeugen die unter dem Namen Elektronenschatten bekannten Gebiete
zwischen Kathode und Anode, in denen ein unmittelbarer übergang der Elektronen von
der Kathode zur Anode unmöglich ist. Es können sogar auf der Anode Stellen entstehen,
die von keinen Primärelektronen von der Kathode erreicht werden. Erfindungsgemäß
werden besonders geformte Schirme dicht bei den Schirmgitterseitenstreben zwischen
diesen und der Anode, wie in den Abb. i und 2 zu sehen ist, angeordnet. Diese Schirme
verhindern
wahrscheinlich, daß Sekundärelektronen über diese Gebiete
von der Anode zum Schirmgitter übergehen. Es wurden Anzeichen beobachtet, die darauf
hindeuten, daß in dem Teil des Zwischenraumes zwischen Anode und Schirmgitter, in
dem die Gitterseitenstreben so angeordnet sind, daß Sekundärelektronen durch Schattengebiete
zum Schirmgitter gelangen konnten und Verzerrungen der Röhrencharakteristiken hervorriefen,
daß in diesem Teil keine Raumladung oder Elektronenwolke vor der Anode gebildet
wurde. Die Seitenstreben rufen eine ungleichförmige Feldverteilung zwischen Schirmgitter
und Anode hervor. Die Schirme sind also auch dazu notwendig und müssen dementsprechend
geformt werden, um die Gleichförmigkeit des Feldes zwischen Schirmgitter und Anode
wiederherzustellen, damit alle aus der Kathode austretenden Elektronen auf gleichen
Wegen von der Kathode zur Anode wandern und eine Raumladung von gleicher Dichte
und gleichem Abstand von der Anode erzeugen.
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In Abb. 3 sind die Elektronenbahnen durch die punktierte Linie und
die Elektronenwolke oder die Raumladung, die sich zwischen Anode und Kathode ausbildet,
durch Punkte wiedergegeben. Diese Raumladung und die Schirme 2o erzeugen zwischen
dem Schirmgitter 16 und der Anode 13 eine Stelle kleinsten Potentials. Die Kathode
ist länglich oder ungefähr elliptisch ausgebildet und hat praktisch ebene Seitenflächen,
um eine gegenüber dem Steuergitter gleichen Abstand besitzende Emissionsfläche zu
erhalten. Dadurch wird die Elektronendichte an den Seiten nicht über Gebühr gegenüber
der Mitte verringert, wie es z. B. der Fall wäre, wenn eine kleine Rundkathode benutzt
würde. Flache großflächige Kathoden machen es überflüssig, die Gitteröffnungen des
Steuergitters größer als wünschenswert zu machen, um eine genügende Elektronendichte
zu erzeugen. Infolgedessen erzeugen flache großflächige Kathoden weniger Verzerrungen
und besitzen eine größere Kraftverstärkung. Die Gitter 14 und 16 haben die Form
von zylindrischen Konvexlinsen, deren Oberflächen von Kreisbögen begrenzt werden,
deren Krümmungsradius zur Anode hin abnimmt. Das heißt der Krümmungsradius der das
Steuergitter 14 begrenzenden Fläche ist größer als der des Schirmgitters 16. Die
plattenförmigen Schirme 2o gleichen die Feldverzerrungen aus, die durch die Gitterseitenstreben
hervorgerufen werden und tragen dazu bei, die Elektronen auf zwei wohl definierte
Strahlen zu begrenzen, wie in Abb. 3 zu sehen ist. Dadurch sind für alle vom Schirmgitter
zur Anode sich bewegenden Elektronen gleiche Bedingungen sichergestellt. In einer
speziellen Ausführungsform der Erfindung sind im Querschnitt die Ausmaße des Elektrodenaufbaues
wie folgt: Die Kathode hat längs der großen Achse eine Breite von 2,4 mm, längs
der kurzen Achse eine Dicke von i mm. Das Steuergitter mißt zwischen den Mittelpunkten
der Seitenstreben 5,6 mm, der Krümmungsradius für den Gitterdraht beträgt 7,3 mm,
und die Kreisbögen bilden Tangenten an die Seitenstreben. Das Schirmgitter mißt
zwischen den Mitten der Seitenstreben 8,1 mm und hat einen Krümmungsradius von 5,6
mm. Der Durchmesser der Anode beträgt 7,1 mm. Der Durchmesser der Gitterseitenstreben
soll kleiner als die Dicke der Kathode, also kleiner als i mm, sein. Die Seitenstreben
der Schirme liegen in einer Ebene, die 1,15 mm von den Schirmgitterseitenstreben
entfernt verläuft, und haben einen Abstand von 7,1 mm. Um beste Ergebnisse zu erzielen,
sollte man das Verhältnis des Abstandes der Kathodenoberfläche vom Schirmgitter
in Richtung der kürzeren Achse zum Abstand zwischen Kathode und Anode ungefähr wie
1 :3 machen. Das Steuergitter wird dicht bei der Kathode angeordnet, wobei man den
Abstand zwischen den Gitterwicklungen größer als den Abstand Gitter-Kathode wählen
kann. Mit Abständen, die sich wie 3 :2 verhalten, wurden gute Ergebnisse erzielt.
Diese Abstände bestimmen in starkem Maße die Gitterspannungs-Anodenstrom-Kennlinie
der Röhre. Zweckmäßig ordnet man die Schirmgitterwindungen in Deckung zu denen des
Steuergitters an, um den Schirmgitterstrom gering zu halten. Eine Endtetrode mit
großer Leistungsverstärkung erfordert eine verhältnismäßig enge Gitterwicklung,
beispielsweise in der Größenordnung von 3o bis 35 Windungen je 25,4 mm. Bei
30 bis 35 Windungen je 254 mm und einem Gitterdrahtdurchmesser von
o,o8 bis o,i mm soll der Abstand zwischen Steuergitter und Schirmgitter nicht mehr
als das i,6fache des Gitterwindungsabstandes betragen. Die Krümmungsradien der Gitterwicklungen,
d. h. der Flächen, in denen die Gitterwicklungen liegen, sollen von der Kathode
zur Anode hin abnehmen. Das hat den Zweck, eine gleichförmige Potentialverteilung
im Zusammenhang mit den strahlbegrenzenden Schirmen zu erreichen.
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Die Unterdrückung der Sekundäremission durch eine Raumladung in einer
erfindungsgemäßen Röhre mittels einer Potentialsenke zwischen Schirmgitter und Anode
erfordert eine Stromdichte von etwa 12,5 mA je Quadratzentimeter oder mehr auf der
Anode für Elektronen, die das Schirmgitter mit einer Geschwindigkeit von Zoo V durchfliegen.
Ist die Elektronendichte geringer, dann kommen
kleine Dichteunterschiede
längs des Strahlquerschnittes in ungleichförmigen Potentialgradienten vor der Anode
zum Ausdruck. Dadurch wird ein stärker abgerundeter Knick in der Kennlinie erzeugt.
Bei höheren Stromdichten werden solche Unterschiede offenbar etwas ausgeglichen.
Obwohl kleine Abweichungen in der Form und im Verhältnis der Ausmaße der verschiedenen
Elektronen zueinander bis zu einem gewissen Grad zulässig sind, wurde doch festgestellt,
daß die beste Arbeitsweise und größte Leistungsverstärkung mit den oben angegebenen
Verhältnissen erreicht wird.
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Beispielsweise wird bei einer gegebenen Stromdichte wieder Sekundäremission
auftreten, wenn der Anodendurchmesser zu klein gemacht, d. h. wenn die Anode zu
dicht bei der Schirmelektrode angeordnet wird, weil dann die Sekundäremission nicht
mehr vollkommen unterdrückt wird. Wird umgekehrt der Durchmesser der Anode zu groß
gemacht, d. h. wird der Abstand Anode- Schirmgitter zu groß, dann treten Anzeichen
dafür auf, daß bei Zunahme der Steuergitterspannung in positiver Richtung gegenüber
Kathode in den Anodenspannungs-Anodenstrom-Kurven Einbuchtungen auftreten. Eine
Röhre mit solchen Charakteristiken kann betriebsmäßig sehr wohl Verzerrungen in
den angeschlossenen Kreisen hervorrufen.
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Bei der erfindungsgemäßen Röhre folgt die Gitterspannungs-Anodenstrom-Kennlinie
mehr einem quadratischen als dem üblichen s/2-Gesetz. Das führt zu einer Röhre,
bei der die dritte Harmonische der dem Steuergitter zugeführten Grundfrequenz, also
die Harmonische, die die unangenehmsten Verzerrungen hervorruft, praktisch beseitigt
ist. Obwohl weiterhin eine Verzerrung durch die zweite Harmonische auftritt, so
ist dieser Umstand nicht weiter gefährlich. Man kann nämlich einfach die zweite
Harmonische durch einen Vorverstärker beseitigen, dessen zweite Harmonische in Phasenopposition
schwingt und dadurch mindestens einen Teil der zweiten Harmonischen der Röhre neutralisiert.
Man kann auch zwei erfindungsgemäße Röhren in Gegentakt schalten und beseitigt dadurch
die zweite Harmonische vollkommen, so daß eine verzerrungsfreie Ausgangsleistung
abgegeben werden kann.
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Man sieht, daß die Erfindung die Differenzen der Spannungsverzerrungen
zwischen Schirmgitter und Anode durch die Formgebung und die Anordnung der Elektroden
in bestimmter Weise ausgleicht. Durch die daraus folgende Gleichförmigkeit der Feldverteilung
ist es möglich geworden, eine Röhre zu schaffen mit den oben dargelegten wünschenswerten
Charakteristiken.