DE764240C - Elektronenroehre mit zwei sekundaeremittierenden Kathoden - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 28. JULI 1955

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21g GRUPPE 13i9

T 4448p VIIIc 121g

Fernseh G.m.b.H., Berlin

Patentiert im Deutschen Reich vom 5. Oktober 1934 an

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur linearen Verstärkung¹ eines Meinen Stromes frei im Raum fliegender Elektronen. Eine bevorzugte Anwendung dier Erfindung besteht bei FernBehbildZeirlegiern, bei denen dadurch: eine Vervielfachung· der Bildis'tröme und eine entsprechend vergrößerte Empfindlichkeit erreicht wird. Die Anordnung¹ kann außerdem z. B. als Verstärker, Schwingungserzeuger oder Modulator benutzt werden. Sie kann ohne thermische Kathode betrieben werden trad bed geeigneter Ausbildung je nach WaW mit Ionisation oder mit Sekundäreilefctronenerzeugung· arbeiten.

Eis ist eiine mit Gleichspannung betriebene Röhre bekannt, bei der durch einmalige Sekundiärelektronenerzeugiung· der uirsprüngliöhe Elektronen« trotn vervieKacht wird. Ebenso ist es nicht mehr neu, durch Anordnung mehrerer Prallelektroden hintereinander. die naciheiniander vomElektronenstrom beaiufsdhlagt werden, eine mehrfache Vervielfachung durch Sekundäremission ziu erzielen. Schließlich äst auch schon eine Einrichtung ziuir Sekundärem'iiSisionsvervielfadhiumg bekannt, bei der zwischen zwei Pr-allelekbrodetn eine am höhere Spannung liegende Saimimelelektrode angeordnet ist.

Demgegenüber ist eine Elektronenröhre mit zwei sekundäremittierenden Kathoden und einer gegen die Kathoden positiven Sammelelektrode so ausgebildet, daß gemäß der Erfindung die Kathoden an einer Wechselspannung liegen, mit deren Hilfe die Elektronen derart hin und her geführt werden, daß sie nach jeder Durchquerung des Entladeraumes auf eine der Kathoden auftreffen und dort Sekundärelektronen auslösen und daß die ausgelösten Elektronen schließlich von der Sammelelektrode aufgenommen werden. Es sind dann zwei Betriebsverfahren möglich. Bei dem einen werden die Elektronen mit Hilfe einer an die Kathoden angelegten Wechselspannung derart hin und her geführt, daß sie nach jeder Durchquerung auf eine der Kathoden auftreffen und dort Sekuadärelektronen auslösen. Bei dem anderen wird der Gasdruck in der Röhre so bemessen und die Elektroden werden so· ausgebildet, daß die Elektronen mehrfach hin und her schwingen, ohne auf die Kathoden aufzutreffen, und im Mittel erst nach mehreren Schwingungen a₅ durch Elektronenstoß eine Stromverstärkung bewirken. Es können auch beide Möglichkeiten gleichzeitig benutzt werden.

Die Erfindung wird an Hand der einige Ausführungsbaispiele darstellenden Zeiclimutig näher erläutert. Es zeigt

Fig. ι einen Längsschnitt durch einen Vervielfacher, wobei die Betriebss-tromkreise sdhamatisch dargestellt sind, Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Fernsehbildzerleger mit Vervielfacher,

Fig. 3 einen Schnitt durch eine abgeänderte Ausführungsform eines Bildzerlegers mit Vervielfacher,

Fig. 4 eine Kennlinie eines Vervielfachers gemäß Fig. i,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform des Bildzerlegers mit Vervielfacher,

Fig. 6 einen Querschnitt nach Linie 6-6 durch den Vervielfacher der Fig. 5.

Allgemein betrachtet besitzt die Röhre eine derart evakuierte Kammer, daß die mittlere freie Weglänge der Elektronen mindestens ein Mehrfaches der Kammerabmessungen beträgt. An den Enden der Kammer befinden sich zwei einander gegenüberliegende Platten, die als Kathoden bezeichnet werden. Z wis eben ■ihnen liegt eine Anode, die auf einem zum mittleren Potential der Kathoden positiven Potential gehalten wird und so geformt und bzw. oder angeordnet ist, daß es unwahrscheinlich ist, daß ein zwischen den Kathoden durchlaufendes Elektron von ihr gesammelt wird. »Unwahrscheinlich« ist hier mathematisch zu verstellen, also in dem Sinne, daß jedes Elektron nach einer genügenden Anzahl von Durchquerungen aufgefangen wird. Diese Unwahrscheinliclikeit kann dadurch vergrößert werden, daß man innerhalb der Kammer ein Führungsfeld herstellt, welches die Elektronen in einer Bahn zu halten sucht, die die Anode meidet. Wenn die Vorrichtung j zur Vervielfachung eines photoekktrischen Stromes benutzt wird, kann in der einen der '■ beiden Kathodenplatten eine Öffnung vor-' gesehen und eine Photokathode außerhalb der : Kammer angeordnet werden, die ihre Entj ladung durch die Öffnung richtet. ; Der Betrieb der Vorrichtung beruht darauf.

daß die Elektronen zwischen den Platten hin j und her schwingen und durch wiederholte Stöße in der Kammer zusätzliche Elektronen auslösen. Dies kann durch zwei etwas voneinander verschiedene Verfahren erreicht werden, denen etwas verschiedene Schaltungen 8c entsprechen.

Bei dem ersten dieser Verfahren finden die Stöße an den Kathodenplatten statt, und die Vervielfachung tritt durch Sekuiidärelektronenerzeugung an den Kathodenplatten ein. Eine Hochfrequenzspannung von z. B. 50 MHz wird zwischen die beiden Kathodenplatten angelegt; diese Spannung ist im Vergleich zu der Gleichspannung an der Anode zweckmäßig verhältnismäßig klein. Unter dem Einnuß dieser Spannung treffen Elektronen auf die eine oder die andere Kathode und erzeugen Sekundärelektronen. die durch das Anodenpotential zur entgegengesetzten Kathode beschleunigt werden. Wenn die Anodenspannung in einer solchen Beziehung zu der an den Kathoden liegenden Wechselspannung steht, daß die ausgelösten Elektronen durch das Scliwingungspotential auf die entgegengesetzte Kathode beschleunigt werden, tritt ein weiterer Stoß und eine abermalige Auslösung von Sekundärelektronen ein. Wenn das Verhältnis der Sekundäremission größer als ι ist, findet eine dauernde Vervielfachung statt, bis die Anzahl der ausgelösten Elektränen bei jedem Stoß gleich der Anzahl der von der Anode gesammelten Elektronen ist, oder bis der Vorgang durch Änderung des Anodenpotentials oder in anderer Weise unterbrochen wird.

Zwei weitere Einflüsse begrenzen die Vervielfachung. Der eine ist die Raumladung, die sich entwickelt, wenn die Anzahl der ausgelösten Elektronen sehr groß wird. Diese Raumladung sucht die Randelektronen nach der Anode zu treiben und dadurch ihre Sammlung wahrscheinlicher zu machen. Der zweite Einfluß ist die Ouerkomponenudes elektrostatischen Feldes innerhalb dtr Kammer. Eine solche Komponente besteht infolge der Krümmung der Feldlinien an den Enden einer röhrenförmigen Anode oder

-kann durch eine besondere Elektrode innerhalb der Röhre erzeugt werden.

Beim zweiten Betriebsverfahren liegt ein konstantes negatives Potential an beiden Kathoden. Die in die Kammer eintretenden Elektronen, befreien Selmindaralektronen wie im vorhergehenden FaH. Diese Sekundärölefctronen treffen wahrscheinlich, obgleich sie durch die Anode beschleunigt werden, nicht

ίο auf dieselbe. Sie werden verzögert, kommen zum Stillstand, bevor sie die andere Kathode erreichen, und werden wieder in die entgegengesetzte Richtung beschleunigt. Dies dauert so lange an, bis sie wahrscheinlich nach mehreren Duirehqueningen der Kammer auf Gasmoleküle treffen und diese ionisieren. Das so enitsitanidene positive Ion wird von einer der Kathoden gesammelt. Die beireiten Elektronen schwingen· jedoch 'gemeinsam mit den ionisierenden Elektronen um die Anode, allerdings auf einer engeren Bahn, da die Wahrscheinlichkeit eines Zusammenstoßes am Ende der Elektronenibahn gering ist. Daher treten aufeinander folgende Stöße mit Gasmoleküleii dichter und dichter an der Anode ein, bis schließlich alle Primär- und. Sekundärelektronen für eine weitere Ionisierung zn langsam ,laufen und gesammelt werden.

Fig. ι zeigt die wesentlichen! Merkmale des Vervieilfachers, der einen evakuierten zylindrischen Mantel 1 -besitzt, an dessen beidien Enden je eine pilattenahnliche Kathode 2 angebracht ist, die mit Stromdurchführungen 4 versehen sind. Die Platten 2 können aus Nickel hergestellt sein und werden zweckmäßig, obgleich es nicht notwendig ist, mit Caesium oder einem anderen stark sekundäremittierenden Material auf den beiden einander zugekehrten Flächen überzogen.

Zwischen den Platten 2 befindet sich- eine zylindrische Anode 5 aus Nickel, Molybdän oder einem .anderen leicht entgasbaren Material in Blech- oder Schirmform. Die Anode paßt ziemlich dicht in den Mantel und be-

4-5 findet sich; nur in einem geringen: Abstand von den Platten:. Die Voirmchtoig arbeitet aber auch damn noch, wenn der Abstand viel größer gemacht wird und die Anode so' verkleinert wird', daß sie nur noch einen Mittelring darstellt.

Eine Spule 6 ujngiibt den Mantel und wird von der Quelle 7 mit Gleichis-trom gespeist, so daß ein magnetisches Längsfeldl im Raum zwischen den Kathodenplatten entsteht. Bei kleinen Feldstärken ist die Leistung der Vorrichtung im wesentlichen proportional zum Feld. Bei höheren Werten treten Sättigungseffekte auf.

Die Platten 2 werden mit den Enden einer Spule 9 versehen, deren Mitte geerdet ist, und die die Sekundärseite eines Hochfrequenztransfoirniatoins bildet, dessen Primärseite 10 durch einen Schwingungserzeuger 11 erregt wird. Die Anode ist über ein Meßinstrument 12 mit der positiven Klemme einer regelbaren Spanniungsquelle 14 verbunden, deren negative Klemme geerdet ist.

Wenn beispielsweise 50 Volt Wechselspannung mit einer Frequenz von 10 bis 100 MHz an die Platten 2 angelegt wenden und das von der Quelle 14 an die Anode angelegte Potential stufenweise vergrößert wird, zeigt dlas Meßinstrument 12 Ströme an, wie sie in dem Diagramm der Fig. 4 dargestellt sind. Bis zu einer gewissen Minimalispannung, die in erster Linie vom Abstand zwischen den Platten abhängt, fließt kein meßbarer Strom. Oberhalb dieses Punktes wächst der Strom mit der .Spannung bis zu einem bestimmten Punkt, während er hinter diesem Punkt wieder auf Null herabgebt. Eine weitere Vergrößerung idler Spannung ergibt einen zweiten Punkt, wo· dar Strom zu fließen beginnt, wodurch sich eine zweite Kurve ergibt, die etwa die gleiche Foirim wie· die erste besitzt, zu einem Maximum ansteigt und dann wieder auf Null absinkt. Eine noch weitere Vergrößerung der Spannung zeigt eine zweite Wiederholung 'des Effektes mit gewöhnlich größerer Amplitude. go

Die Kurven sind nuir zur Erläuterung dargestellt, und es sind keine Zahlenwerte angegeben, da diese sich mit der Wechsel spannung an den Kathoden, der Frequenz dieser Spannung, der Stärke des Samrnelfaldes und den Dimensionen der Vorrichtung ändern.

Ein Abschalten des Magnetfeldes hält den Fluß unmittelbar an. Eine Vergrößerung des SehwingungBpO'tentials an den Kathoden vergrößert dien Bereich, in dem der Stromfluß eintritt und bewirkt schließlich, daß die Kurven zu einer einzigen verschmelzen, die entweder mehrere Spitzen oder iniuir Neigungsänderungen besitzt, die deren Lage anzeigen. Eine Änderung der Frequen.z des Oszillators ändert die Lage dar Spitzen, d. h. die Spannungen, bei denen die Maxima eintreten.

Ein an der einen der beiden Platten·. 2 befreites Elektron, beispielsweise ein Photo- no elektron, wird durch die Anodenispannung zur 'anderen Platte beschleunigt, wobei es durch das Magnetfeld, welches die Querkomponente seiner Bewegung in eine bogenförmige umwandelt, von der Anode ferngehaliten wird. Seine Flugzeit ist durch den Abstand zwischen den Platten und die Gesdhwindiigfcait bestimmt, die ihm durch das Anodenpotenitial und die Zeitsumme des Potentials zwischen den Platten 2 während seines Fluges erteilt wird. Der letztere Faktor bestimmt, ob das Elektron auf die andere

Platte mit einer zur Erzeugung von Sekundärelektronen ausreichenden oder mit einer geringeren Geschwindigkeit oder aber überhaupt nicht auftrifft.

Im ersten Fall werden die ausgelösten Sekundärelektronen in der entgegengesetzten Richtung beschleunigt, um an der Platte, von der das erste Elektron ausgegangen war, neue Sekundärelektronen zu erzeugen. Wenn das ίο Verhältnis der Sekundäremission größer als ι ist, tritt bei jedem Stoß eine Vervielfachung ein. Im zweiten und dritten Fall tritt keine Vervielfachung ein.

Es sei bemerkt, daß das Anodenpotential nur zur mittleren Geschwindigkeit der Elektronen durch die Röhre beiträgt und keinerlei Wirkung auf die Auftreffgeschwindigkeit besitzt, da die Beschleunigung, welche es einem die eine Kathode verlassenden Elektron erteilt, durch die Verzögerung bei der Annäherung an die andere Kathode genau aufgehoben wird.

Obgleich wegen der Form und Lage .der Anode und der Anwesenheit des Führungsfeldes die Sammlung eines einzelnen Elektrons durch die Anode unwahrscheinlich ist, wird ein gewisser Anteil von ihnen aufgefangen. Dieser Anteil hängt davon ab, ob die Elektronen nahe beim Mittelpunkt oder nahe beim Umfang der Kathode auftreffen, ferner von der Ouerkomponente des elektrostatischen Feldes innerhalb der Kammer, von der Raumladung, der Krümmung der Feldlinien zwischen Kathode und Anode und einer etwaigen sonstigen Beeinflussung innerhalb der Röhre.

Schließlich wird jedoch ein Punkt erreicht, bei dem die Anzahl neuer Sekundäreletktronen gleich der Anzahl der gesammelten Elektronen ist, so- daß der Strom durch die Messvorrichtung konstant wird. Daher wird innerhalb gewisser Grenzen der Gleichgewichtsstrom um so größer sein, je geringer die Wahrscheinlichkeit ist, daß ein einzelnes Elektron gesammelt wird. Dieser Strom wird daher bei Vergrößerung des Führungsfeldes größer werden. Eine Grenze ist jedoch durch die Raumladung gegeben, die entsteht, wenn die Dichte der Elektronen in der zwischen den Platten laufenden Wolke groß wird.

Die Spitzen der Kurve treten auf, wenn die mittlere Flugzeit der Elektronen gleich einer ungeraden Zahl von Halbperioden der Hochfrequenzspannung an der Kathode ist. Die drei in Fig. 4 darges teil ken Spitzen entsprechen fünf, drei und einer Halbperiode. Bei gegebener Röhre und Schwingungsquelle und einer -bestimmten Anodenspannung kann man nur eine oder zwei Spitzen zeigen. Unter anderen Umständen könnten noch weitere Spitzen, beispielsweise die Maxima entsprechend sieben oder neun Halbperioden auftreten. Je höher das Anodenpotential ist, desto- kleiner ist die Flugzeit. Daher entspricht die Spitze mit der höchsten Spannung 6g einer Flugzeit von einer Halbperiode. Diese Spitze ist gewöhnlich wesentlich höher als die anderen.

Ein gewisser Gasdruck in der Röhre kann, wenn er so bemessen ist, daß die mittlere freie Weglänge wesentlich größer als der Abstand zwischen den Platten ist, vorteilhaft sein, weil eine geringe beständige Ionisierung eine Teilneutrali sierung der Raumladung verursacht.

Die Anwendungsmöglichkeiten der Vorrichtung können leicht aus der Kurve der Fig. 4 abgeleitet werden, die abwechselnd Bereiche positiven und negativen Widerstandes zeigt. Diese Bereiche gestatten selbstverständlich die Modulation der Leistung durch Änderung des Anodenpotentials. Die Bereiche negativen Widerstandes gestatten die Benutzung der Röhre als Schwingungserzeuger für irgendeine Frequenz, wie es bei den bekannten negativen Widerstandsvorrichtungen der Fall ist. Sowohl Gleichrichtung als auch Frequenzverdopplung treten im Anodenlcreie ein und können für ihre üblichen Anwendiungen benutzt werden. Selbsterregte Schwingungen können entwickelt werden, wenn der Teil 9 auf die Erregungsfrequenz abgestimmt und mit dem Leistungs-strom gekuppelt wird.

Eine Stromvervielfachung kann mit dieser Einrichtung auf mindestens drei verschiedenen Wegen erhalten werden. In allen Fällen wird die Durchschnittszahl der Stöße jedes einzelnen Elektrons begrenzt, so daß der gesamte Leistungsstrom erheblich unter dem Gleichgewichtswert bleibt. Dies ist erforderlich, da sonst keine lineare Abhängigkeit von der Zahl der Primärelektronen bestünde.

Der erste Weg besteht darin, daß die Wirkung periodisch in solch kurzen Intervallen 10g unterbrochen wird, daß der Gleichgewichtszustand nicht eintreten kann. Da diese Intervalle stets gleich groß sind, folgt, daß der Strom innerhalb des Intervalle proportional zur Anzahl der primären Elektronen sein wird.

Eine zweite Möglichkeit beruht auf einem »Treiben« der Elektronenwolke zur Anode. so daß, wenn der erste Aufprall in der Röbrenachse stattfindet, die nachfolgenden Stöße immer näher bei der Anode eintreten. bis die Elektronen schließlich gesammelt sind.

Der dritte Weg ist nur dann anwendbar, wenn genügend Gas vorhanden ist, um den oben beschriebenen Zustand beständiger Ionisation zu ermöglichen: bei dieser von der

bisher beschriebenen abweichenden Betriebsart wind der Oszillator ii nicht mit Energie gespeist, da die Platten 2 an einem festen negativen oder Nullpotential gehalten werdem. Das Führungsfeld ist in diesem Fall zweckmäßig· etwas stärker.

Die Entladung kann audh bei .diesem Verfahiren durch Photoemiasion von einer der beiden Katlhodenpiatten 2 eingeleitet werden. ίο Diie Elektronen werden durch das Anodenpotential beschleunigt, werden aber abgebremst, wenn sie sidh der entgegengesetzten Blatte nähern, kommen zuir Rufe und bahren um, kurz !bevor sie auf die entgegengesetzte Platte treffen. Somit schwingen sie um die Röhrenmitte, bis ,sie einen Wag durchquert haben, der im Durchschnitt gleich der mittleren freien Weglänge entsprechend dem Gasdruck ist, worauf sie auf Gasmoleküle treffen und diese ionisieren.

Die Zusammenstöße werden wahrscheinlich

nicht am Ende der Röhre eintreten, und die SO' ausgelösten Elektronen werden, daher auf einer kleineren Bahn als das ursprüngliehe Elektron schwingen.

Es werden daher aufeinanderfolgende Stöße stattfinden, wobei jeder näher am Röhrißnmittelpunkt eintritt als der vorhergehende, bis schließlich die Geschwindigkeit für eine weitere Ionisation zu gering wird und alte sich ergebenden Ionen und Elektronen gesammelt werden.

Im Mittel werden· sowohl die für diesen Vorgang benötigte Zeit und die Anzahl ionisierender Stöße jedes Primärelektrons konstant bleiben, und es wird sich eine Vervielfachung ergeben·, die zwar geringer als beim ersten. Betsriebsverfabren ist, aber ziemlich leicht ohne Verlust an Beständigkeit auf den Faktor 2000 gebracht werden kann.

Bei der Ausführung sform nach Fig. 2 ist der Vervielfacher mit einem Fernsehbildzerlegeir zusammengebaut. Der evakuierte Kollben'20 besitzt am einen Ende ein ebenes Fenster 21; unimittellbar hinter diesem Fenster befindet sich eine Kathode 22 aus feiner Drahtgaze mit beispielsweise 75 Maschen je Zentimeter. Diese Kathode ist mit einem photoelektrisch empfindlichen Material, beispiefeweisei Caesium auf Siliberoxyd überzogen.

In einem gewissen Abstand von der Kathode 22 ist eine Anode 24 ,angeordnet, die eine Abtostöffnung 25 besitzt. Kathode und Anode sind durch eine Houhspannungsqueille 23 verbunden, und die Anode 24 ist zweckmäßig geerdet.

Der Vervielfacher liegt (innerhalb der

Kammer hinter der Anode. Die eine der beiden¹ Kathodienplatten, 26, befindet sich in geringem Abstand hinter der Anode 24 und besitzt eine unmittelbar .hinter der Öffnung 25 liegende öffnung, die mit einem engmaschigen Schirm 26' bedeckt ist; dieser Schirm ist für die Sekundäremission von Elektronen .geeignet. Die andere Kathodenpliatte 27 wiird von einem Fuß 28 getragen, der an dem dem Fenster 21 gegenüberliegenden Ende angeordnet ist. Die zylindrische Anode 29 paßt dicht in die Wandungen der Rohre 20 und umgibt den Rauim zwischen den Kathoden.

Ein röhrenförmiger Kanal 30, der zweckmäßig aus einem Stück mit der Anode 29 besteht oder mit derselben, verbunden ist, trägt die Leitung 30', die mit der PLatte 26 in Verbindung steht und ebenso wie die Leitung von der Kathode 27 durch den Fuß 28 nach außen geführt ist.

Außerhalb der Röhre ist eine Linse 31 angebracht, um das zu übertragende Bild auf der Kathode 22 zu erzeugen. Eine Spule 32 umgibt die gesamte Röhre und wird von einer Batterie oder gleichwertigen Quelle 33 mit Gleichstrom gespeist. Sie erfüllt eine doppelte Aufgäbe, nämlich ein Führungsfeld für dien Verviielfächer zu schaffen und das durch die Emission der photoalektriischen Kathode erzeugte elektrische' Bild in die Ebene der Anodie 24 zu konzentrieren. Ein Paar an entgegengesetzten Seiten der Röhre angebrachter Ablenkspulen 34, 35 führt Wechselstrom, zweckmäßig von Sägezahn wellenform, der von einem Generator 36 geliefert wird. Diese Spulen dienen zur Ablenkung des elektrischen Bildes quer durch die Öffnung 25. Ein zweites, nicht dargestelltes Spulenpaar, das uim 90 ° gedreht angeordnet ist und von. einem Generator anderer Frequenz gespeist wird·, dient zur Ablenkung in der anderen Riehtung.

Eine Wicklung 37 ist über dlie Leitung 38 mit den Kathodenplatten 26 und¹ 27 verbunden. Sie bildet die Sekundärseite eines Transformators·, dessen Primärseite 39 vom Oszillator 40 mit Strom von einer Frequenz von 50 MHz gespeist wird.

Die Mitte der Spule 37 ist angezapft und über einen Ausgangswider stand 41 mit dem negativen' Ende einer Spainnungsquelle 44 verbunden. Das positive Ende dieser Quelle steht mit ,der Anode 29 in Verbindung. In diesem Stromkreis liegt ferner ein Generator 46 für Wechselstrom mit einer Frequenz von ι MHz. Ein Schalter 47 kann benutzt werden, um diesen Generator kurzzuschließen. Ein zweiter Schalter 49 schließt in ähnlicher Weise die Spule 37 kurz.

Das zu übertragende Bild wird auf die Kathode 22 eingestellt, und das elektrische Bild¹ wird quer über die öffnung 25 albgelenkt. Die von dien, einzelnen Bildpunkten erzeugten

Elektronen treten in die Öffnung ein und erzeugen Sekundärelektronen am Schirm 26'. Die Anordnung kann dann in verschiedener Weise betrieben werden. Wenn, wie dargestellt, die Schalter 47 und 49 offen und die Schwingungserzeuger 40 und 46 erregt sind, werden die in die Öffnung eintretenden Elektronen innerhalb der Kammer hin und her schwingen, wobei sie bei jedem Stoß auf die Endplatten 26 und 27 Sekundärelektronen auslösen, wie es beim einfachen Vervielfacher der Fall ist.

Da sich das Potential der Anode 30 mit hoher Frequenz zwischen einem keine Vergrößerung und einem eine starke Vervielfachung ergebenden Wert ändert, werden die Primärelektronen proportional verstärkt, ohne das der früher beschriebene Gleichgewichtszustand eintritt. Der verstärkte Strom wird durch die Anode 30 gesammelt, fließt durch den Ausgangswiderstand 41 und erzeugt die Bildspannungen, die über die von ihm abgehenden Leitungen irgendeinem geeigneten Verstärker zugeführt werden können. Wenn das Sammelfeld etwas schwächer und der Schalter 47 geschlossen ist und der Generator 46 nicht arbeitet, kann nach einem anderen Verfahren gearbeitet werden, bei dem die Radialkomponente des Feldes zwisehen den Platten 26 und 27 und der Anode 30 ausreicht, um ein »Treiben« der Elektronen nach der Anode zu veranlassen, so daß jeder spätere Stoß ein und derselben Elektronengruppe dichter am äußeren Röhrenumfang eintritt. Auch auf diese Weise läßt sich dar Gleichgewichtszustand vermeiden.

Bei einem dritten Betriebsverfahren ist auch der Schalter 49 geschlossen und der Oszillator 40 unwirksam. Unter dieser Bedingung tritt die Vervielfachung durch Ionisation ein, wie sie in Verbindung mit der Röhre nach Fig. 1 beschrieben wurde.

Die in Fig. 3 dargestellte Röhre ist ähnlich

wie die in Fig. 2, nur daß das Rohr 50, welches die Leitung zur Platte 26 führt, mittels Tragdrähten 51 an den Seiten des Glasmantels angebracht ist, und daß an ihm eine negative Spannung durch eine Batterie 52 angelegt ist, deren positives Ende geerdet ist. Da alle anderen Elemente der Zeichnung ihr Gegenstück in Fig. 2 besitzen, sind sie mit gleichen Bezugszeichen wie dort versehen.

Die Elektrode 50 wird zur Erzeugung einer

Querkompo-nente im Raum 26, 27 benutzt, die eine Sammlung der Elektronen durch die Anode 30 nach einer begrenzten Anzahl von Stoßen veranlaßt und so dem Oszillator 46 zur Begrenzung der Verstärkung unnötig macht. Da in diesem Fall der Wert der Ouerkomponente unabhängig vom Anodenpotential geändert werden kann, ist die Einstellung der Verrichtung weniger kritisch, als wenn man sich nur auf die Radialkomponente des normalen Kathoden-Anoden-Feldes verläßt.

Bei der in Fig. 5 und 6 dargestellten Ausführungsform entsprechen die Linse, die photoelektrische Kathode, die Sammel- unl Ablenkspulen und ihre Stromkreise denjenigen der Fig. 2 und 3 und sind entsprechend mit gleichen Bezugszeichen versehen, die sich nur durch ein zusätzliches ' unterscheiden. Die Anode 24' bildet jedoch einen Teil eines hohlen Metallbehälters 60, in welchem sich die Vervielfachungskammer befindet. Diese Kammer besitzt eine Metallgazeausfütterung 61 mit großer Maschenweite, die aus außerordentlich dünnem Draht basteht. Glasperlen oder andere Isolationsperlen 62 sind an Rahmendrähten 63, an denen die Ausfütterung befestigt ist, angebracht und halten die Ausfütterung im Abstand und isoliert vom Behälter 60.

Ein unmittelbar hinter der Öffnung 25* liegender kleiner Teil 65 der Ausfütterung ist aus stärkerer Mascheiigaze gebildet, die mit Caesium überzogen sein kann.

Eine zweckmäßig ringförmige Drahtanode , 66 ist ungefähr in der Mitte des Behälters auf einem Drahtträger 67 angebracht, der mittels Perlen 69 von einer in die Ver-Stärkungskammer ragenden Seitenröhre 71.» isoliert ist. Die Anode 66 steht durch einen Aus gang's widerstand 71 mit dem positiven Ende einer Batterie oder einer anderen Potentialquelle 72 in Verbindung, deren anderes Ende geerdet ist. Der Körper 60 ist durch die Leitung 74 ebenfalls mit der Erde verbunden, während die Ausfütterung Cn mittels der Batterie 75 wenige Volt positiv gehalten ist. ioo

Das elektrische Bild wird beim Betrieb dieser Ausführungsform der Vorrichtung in der früher beschriebenen Weise über die Öffnung abgetastet. Die in die Öffnung eintretenden Elektronen treffen auf den starken Gazeteil 65 der Schirmausfütterung und senden von diesem Sekundäre! ektrcnen aus. Diese Elektronen werden zur Anode 66 augezogen. Infolge der kleinen Abmessungen und der Lage der Anode besteht jedoch keine Wahrscheinlichkeit, daß diese Elektronen gesammelt werden. Xach dem Durchlaufen der Anode 66 werden die Elektronen verzögert und in ihrer Richtung umgekehrt, wobei sie im allgemeinen die Ausfütterung meiden und so mehrfach durch den Behälter hinter der Sammelelektrode hin und her schwingen. Xacih einer Anzahl von Schwingungen, die von dem Grad der Litftkere im Behälter abhängt, treffen die Elektronen auf Gasmoleküle und ionisieren diese in der gleichen Weise, wie es früher beschrieben wurde.

Die ibei diesen Zusammenstößen erzeugten poisitiven Ionen werden auf die Seitenwände des Beihälters gezogen, wobei sie im allgemeinen die Drabtmasdhen der Auisfütterung meiden und auf die Wände des Beihälters selbst stoßen. Irgendwelche durdh diese Stöße befreitem Sekundärelektronen werden aller Walhrscheinilichkedt nach von der Auisfütterung abgenommen, da sie ihrer niedrigen Geschwindigkeit wegen leichter ablenkbar sind als die mit Iraner Geschwindigkeit in der Hauptkammer laufenden Elektronen. Durch Versuche wurde festgestellt, diaß die Selaimdarelektronen, welche durch die langsamen positiven Ionian erzeugt werden, aufgefangen, werden können, gleichgültig¹ ob die Ausfütterumg positiv oder negativ zum Behälter ist.

Die in dar Kammer erzeugten Elektronen laufen auf kleiner werdenden Kreisbahnen und mit geringer wertenden Gesichwindigkeiiten, bis ede schließlich durch die Anode 66 gesammelt werden. Der duireb diese Elektronen gebildete Strom fließt durch dien Ausgangs widerstand 71.

Wenn auch alle oben dargelegten Betriebsverfahren ihre besonderem Vor teile besitzen, ersicheint im Augeniblick die Ausfühirungsfoirm der in Fdg. 2 dargestellten Vorrichtung am zweckmäßigsten, wenn diese mit geschlossenem Schalter 47 und bai unwirksamem Oszillator 46 betrieben wird. Wenn die Vorrichtung in dieser Weise betrieben werden soll, werfen der Strom durch die Sammelspule auf seinen Maximalwert eingestellt und die Potentiale vorn Oszillator 40 und von der Batterie 44 verändert, bis ein maximaler Gliaidhgewichtsstrom vorhanden ist. Das Füihritngisfeld wird alsdann abgeschwächt, bis der Strom beikn Fehlen von Photoefektronen durch die öffnung 25 gerade aufhört zu fließen. Dies ergibt eine maximale Empfind¹-lkihkeit ohne Überregeneratiom, die zu Gleichgewicibtsbedingungen führt. Das elektrische Bild: der Kathode 22 kann dann durch geeignete· Einstellung 'das Potentials der Batterie 23 lin die Ebene der Anode 24 gebracht weirden.
Theoretisch gibt dieses Verfahren eine etwas geringere Empfindlichkeit als dann, wenn der Oszillator 46 zur Unterbrechung der Vervielfachung benutzt wind. Praktisch scheint jedoch kaum ein Unterschied in der Empfindlichkeit dar beidien Verfahren zu liegen, da bei beidien Verfahren die Unbeständigkeit ungefähr bei der gleichen Vervielfachung einzutreten scheint. Beide Verfahren ergaben eine sehr große Verstärkung; bei beiden Betriebs verfahren kann der Strom durch den Ausgangswiderstaind leicht von der gleichen Größenordnung wie die Gesamtemiisisdom der photoelektrischen Kathode 22 gemacht werden; die Fläche der öffnung 25 beträgt ungefähr das 10—⁵fache der Kathodenfläche.

Claims (17)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Elektronenröhre mit zwei sekundäremittiierendeti Kathoden und einer gegen die Kathoden positiven Sammeleilektrode, dadurch gekennzeichnet, diaß die Kathoden am einer Wechselspannung liegen, mit deren Hilfe die Elektronen derart hin und her geführt werden, daß sie nach jeder Durohquerung das Entlaiderauimes auf eine der Kathoden auftreffen und dort Sekundärelektronem auslösen, und daß die ausgelösten Elektronen schließlich von der Sammelelektrode auf genommen werden.

2. Elektroneruröhre mit zwei Kathoden und einer gegen die Kathoden positiven Sammelelektroidie, dadurch !gekennzeichnet, daß dde Elektronen in dem Raum zwischen dan Ka,täiO'den hin und her geführt werden, ohne auf die Kathoden aufzuitreffen, wobei der Gasdruck in diesem Raum so> bemessen ist, daß die Elektronen im Mittel erst nach mehreren Schwingungen durch Stoßioniisation eine Vermehrung der Elektronen bewirken.

3. Elektronenröhre, dadurch gekennzeichnet, diaß in ihr sowohl die im Anspruch ι gekennzeichnete Sekumdärelektronenerzeugung als auch die im Anspruch 2 gekennzeichnete Vermehrung durch Stoßionisation stattfindet.

4. Anordnung mit einer Elektronenröhre nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Verstärkung, Schwingungserzeugung, Gleichrichtung, Frequenzverdopplung, Modulation oder zur Vervielfachung zeitlich schwankender primärer¹ Blektronenströma dient, die, etwa durch eine Öffnung in einer der Kathoden, in den Raum zwischen den Kathoden eingeführt oder in ihm beispielsweise durch Photoeffekt erzeugt werden.

5. Elektronenröhre nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch, ein. in Längsrichtung zwischen den Kathoden· verlaufendes Magnetfeld zur Führung der Elektronen.

6. Elektronenröhre mach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Potential der Sammelelektrode und die Frequenz der an den Kathoden liegenden Wechselspannung so> gewählt sind, daß die Laufzeit der Elektronen zwischen den Kathodien etwa einer ungeraden Zahl von Hailbperioden der Erregerfrequenz entspricht.

7· Elektronenröhre nach Anspruch ι oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Begrenzung der durch die Sekundäremission bedingten Elektronenvervielfachung vorgenommen wird, z. B. durch Raumladewirkung, durch eine Querkomponente des elektrischen Feldes innerhalb des Raumes zwischen den Elektroden oder durch eine periodische Unterbrechung des Vervielfachungsvorganges.

8. Elektronenröhre nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung einer Ouerkomponente des Feldes eins- rohrförmige an negativer Spannung liegende Zusatzelektrode (50) vorgesehen ist, die nahe und parallel der Röhrenachse angeordnet ist und gegebenenfalls eine Stromzuführung enthält.

9. Elektronenröhre nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode außer an eine Gleichspannungsquelle an einen Generator mit einer Frequenz von ζ. Β. ι MHz angeschlossen ist.

10. Elektronenröhre nach Anspruch 7 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß an der Anode periodisch eine Spannung liegt, die positiv zum mittleren Potential der Kathodenplatten ist und deren Periode mehrere Schwingungen der an den Kathoden liegenden Wechselspannung umfaßt.

11. Elektronenröhre nach xAjispruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärelektronen aus einer Fernselhbildzerlegerröhre stammen.

12. Elektronenröhre nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Vervielfacher hinter der Atrtastblen-de einer Farnsworth-Bildzerlegerrohre angeordnet ist.

13. Elektronenröhre nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode der Bildzerlegerrähre und die eine Kathode des Vervielfachers dicht nebeneinander und parallel zueinander angeordnet sind.

14. Elektronenröhre nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsöffnung· in der einen Kathode des Vervielfachers mit einem sekundäremittierenden Netz abgedeckt ist.

15. Elektronenröhre nach Anspruch 5, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine gemeinsame Spule zur Erzeugung eines magnetischen Längsfeldes sowohl die Bildzerlegerröhre als auch den Vervielfacher umgibt.

16. Elektronenröhre nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dal.! die das Weehselpotential führenden Ekktroden als Platten mit einer für die Erzeugung von Sekundärelektronen besonders behandelten Oberfläche ausgebildet sind, so· daß je Primärelektron mehr als ein Sekundärelektron ausgelöst wird.

17. Elektronenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathoden an einer Wechselspannung von gegen die Anodenspannung· verhältnismäßig kleiner Amplitude und einer Frequenz von etwa 10 bis 100 MHz liegen.

ιS. Elektronenröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb eines im wesentlichen geschlossenen Zylinders eine gegen den Zylinder positive Gazeausfütterung vorgesehen ist, innerhalb derer sich eine ringförmige Anode befindet.

Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden:

Deutsche Patentschriften Xr. 390 479,

509 164; S₅

britische Patentschrift Nr. 364006; USA.-Patenitscbriften Xr. 1 450 265, ι 920 S63.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

©509533 7.55