DE861449C

DE861449C - Glow cathode rectifier for rectifying ultra-high frequencies using a saturable cathode

Info

Publication number: DE861449C
Application number: DEP2023D
Authority: DE
Inventors: Walter V Ahlften
Original assignee: Philips GmbH
Current assignee: Philips GmbH
Priority date: 1940-02-29
Filing date: 1940-02-29
Publication date: 1953-01-05

Description

Glühkathodengleichrichter zur Gleichrichtung ultrahoher Frequenzen unter Benutzung einer sättigungsfähigen Kathode Um elektrische Schwingungen wahrnehmbar zu machen, bedient man sich vielfach der Ventileigenschaft einer als Glühkathodengleichrichter ausgehildeten Zweipolröhre. Dabei kann die Gleichrichtung entweder im unteren oder im oberen Knie der Kennlinie stattfinden, also entweder im Bereich des Anlaufstromes oder im Bereich des Sättigungsknies. Für viele Zwecke ist die Gleichrichtung im oberen Knie (Sättigungsknie) bekanntlich vorteilhafter. Dies gilt insbesondere auch für die Gleichrichtung ultrakurzer Wellen weil in diesem Falle eine möglichst kurze Flugdauer der Elektronen, also hohe Elektronengeschwindigkeit, angestrebtwerden muß, während im Gebiet des Anlaufstromes nur kleine Elektronengeschwindigkeiten anzutreffen sind.Hot cathode rectifier for rectifying ultra-high frequencies using a saturable cathode to make electrical vibrations perceptible to make, one makes use of the valve property of a hot cathode rectifier formed two-pole tube. The rectification can either be in the lower or take place in the upper knee of the characteristic curve, i.e. either in the area of the starting current or in the area of the saturation knee. For many purposes, rectification is in the upper knee (saturation knee) is known to be more beneficial. This also applies in particular for the rectification of ultra-short waves because in this case it is as short as possible The flight duration of the electrons, i.e. high electron speed, should be aimed for must, while in the area of the starting current only small electron velocities are to be found.

Zur Erzielung einer brauchbaren Gleichrichtung ist es erforderlich, daß der benutzte Knick in der Kennlinie möglichst scharf ist. Diese Forderung kann im Falle der Benutzung des Sättigungsknies im allgemeinen nur dann erfüllt werden, wenn die ganze Kathodenoberfläche auf gleicher Temperatur ist, weil sonst den verschiedenen Teilen der Kathodenoberfläche verschiedene Sättigungswerte entsprechen, wodurch eine Abrundung der Gesamtkurve bewirkt wird.To achieve a useful rectification it is necessary to that the kink used in the characteristic is as sharp as possible. This requirement can in the case of the use of the saturation knee are generally only fulfilled, if the entire cathode surface is at the same temperature, otherwise the different ones Parts of the cathode surface correspond to different saturation values, whereby the overall curve is rounded off.

Überraschenderweise gelingt es jedoch erfindungsgemäß, für die Gleichrichtung ultrahaher Frequenzen einen im Sättigungsknie arbeitenden Glühlcäthodengleichriclt-ef' zu- -verwenden, - dessen Kathode keineswegs eine einheitliche Temperatur aufweist und dessen statisch aufgenommene Kennlinie keinen für Gleichrichterzwecke brauchbaren oberen Knick aufweist.Surprisingly, however, the rectification succeeds according to the invention ultrahaher Frequencies a Glühlcäthodengleichriclt-ef 'working in the saturation knee to use - whose cathode is by no means at a uniform temperature and its statically recorded characteristic curve cannot be used for rectification purposes has upper kink.

Die_Erfin(dung soll an' einer beispielsweisen Ausführungsform näher erläutert werden.The invention is intended to be closer to an exemplary embodiment explained.

In rig.i ist ein geradliniger Glühfaden i dar-»gestellt, welcher an zwei Zuführungen 2 befestigt ist. Infolge der Wärmeableitung durch die Zuführungen 2 entsteht entlang der Kathode i eine Temperaturverteilung, die etwa der glockenförmigen Kurve in Fig: a .entspricht. Gegenübendem heißesten (mittleren) Teil 3 des Glühfadens ist eine Elektrod"eq. (Anode) angebracht, welche-ihre schmale Seite (Spitze) der Kathode i zukehrt. Es istwesentlich für die Erfindung, daß die Kathode sättigungsfähig ist, d. h. daß sie beispielsweise aus einem reinen Wolframdraht oder einem thorierten Wolframdraht, nicht aber aus einem mit Erdalkalioxyd überzogenen Draht besteht, weil im letzteren Falle bei Erhöhung des Anodenstromes eine Aufheizung der halbleitenden Schicht eintritt, durch -welche die scharfe Begrenzung des Sättigungseffektes verlorengeht.In rig.i a straight filament i is shown, which at two feeders 2 is attached. As a result of the heat dissipation through the feeds 2 there is a temperature distribution along the cathode i that is roughly bell-shaped Curve in Fig: a. Corresponds. Opposite the hottest (middle) part 3 of the filament is an electrode "eq. (anode) attached, which-its narrow side (tip) of the Cathode i facing. It is essential to the invention that the cathode be saturable is, d. H. that they are made of a pure tungsten wire or a thoriated, for example Consists of tungsten wire, but not of a wire coated with alkaline earth oxide, because in the latter case, when the anode current is increased, the semiconducting ones are heated up Layer enters through which the sharp delimitation of the saturation effect is lost.

- Wenn man- von einerii- entsprechend Fig. i gebauten Gleichrichter eine statische Kennlinie aufnimmt, so ergibt sich eine Kurve etwa nach Art der F ig. 3, in welcher als Abszisse die Anodenspannung und als Ordinate deren Anodenstrom aufgetragen ist. Da die verschiedenen Teile -des Glühfadens entsprechend Fig. 2 verschiederne- Temperaturen auf-:" weisen, wird auch der Sättigungsstrom für jeden einzelnen Teil des Glühfadens bei anderen Anodenspannungen erreicht, so daß der Verlauf der Rennlinie ein sanft gerundeter ist (Fig. 3). Ein Gleichrichter entsprechend Fig. i würde sich daher nicht dazu eignen, langsam frequente Schwingungen im Sättigungsknie gleichzurichten: Wohl aber eignet sich die Anordnung nach Fig..i zur Gleichrichtung ultrahoher- Frequenzen, wie_,durch eingehende Versuche festgestellt Wurde. Diese auffallende Erscheinung dürfte damit zusammenhängen, daß die von den verschiedenen Teilen .des Glühfadens tierrührenden Elektronen verschieden große Laufzeiten benötigen, um von der Kathode zur Anode zu gelangen. Wenn nun die gleichzurichtende Frequenz so hoch ist,-daß° nur die in unmittelbarer Nähe -der Spitze q. übergehenden Elektronen eine Laufzeit haben, welche klein ist gegenüber der Periodendauer, so treffen die von- den übrigen Teilen des Glühfadens kommenden Elektronen bei"-der Anode 'mit so großer gegenseitiger Phasenverschiebung ein;.- daß ihre Wirkung sich zum größten Teil gegenseitig aufhebt. Es sei dahingestellt, ob diese Erklärungsweise tatsächlich" die richtige ist: Jedenfalls verhält sich ein Glühkathdderigleichrichter finit einer langgestreckten, ein Temperaturgefälle umfassenden Kathode, - der- eine Spitze als Anode gegenübergestellt ist, bei dei Gleichrichtung ultrakurzer Wellen so, als ob nur der mittelste Teil der Kathode vorhanden wäre, während für längsärnere Frequenzen die Kathode als Ganzes entsprechend ihrer statischen Kennlinie wirkt.- If one - from a rectifier built according to Fig. I picks up a static characteristic curve, the result is a curve similar to the F type ig. 3, in which the anode voltage as the abscissa and the anode current as the ordinate is applied. Since the various parts of the filament according to FIG different- temperatures: "will also show the saturation current for each reached individual part of the filament at other anode voltages, so that the The course of the racing line is gently rounded (Fig. 3). A rectifier accordingly Fig. I would therefore not be suitable for slowly frequency oscillations in the saturation knee to rectify: The arrangement according to Fig..i is, however, suitable for rectification ultra-high frequencies, as_, has been determined through extensive experiments. These striking appearance is likely to be related to the fact that the different Parts of the filament animal-touching electrons require different transit times, to get from the cathode to the anode. If now the frequency to be rectified is so high that ° only the one in the immediate vicinity of the tip q. passing electrons have a running time which is small compared to the period, the electrons coming from the remaining parts of the filament at "-the anode" so great mutual phase shift a; .- that their effect is greatest Part picks up each other. It remains to be seen whether this method of explanation actually " the correct one is: In any case, a hot-cathode rectifier behaves finitely one elongated cathode encompassing a temperature gradient - the one point as Anode is opposite, in the rectification of ultra-short waves as if only the central part of the cathode would be present, while for longitudinal frequencies the cathode acts as a whole according to its static characteristic.

Um von dieser Erscheinung Crebrauch zu machen; sind also Kathode und Anode so auszugestalten und anzuordnen, d'aß der Entladungsraum Entladungsbahnen von stark verschiedenen Laufzeiten umfaßt. Dabei ist es zweckmäßig, die Anordnung so zu treffen, daß die Laufzeiten in Abhängigkeit von der Lage . des Austrittsproduktes bezüglich der Längserstreckung der Kathode nicht stetig verteilt sind,..'.sondern daß außerhalb des Gebietes der kleinsten Laufzeiten (Mittelpartie 3) die Laufzeiten einen steilen Anstieg aufweisen.To make smoke of this phenomenon; so are cathode and To design and arrange the anode so that the discharge space has discharge paths encompassed by widely different maturities. It is useful to change the arrangement to be taken in such a way that the transit times depend on the location. of the exit product are not continuously distributed with respect to the longitudinal extent of the cathode, ... '... but that outside the area of the smallest running times (middle section 3) the running times show a steep increase.

Während man bisher bestrebt war, Dioden für die Gleichrichtung ultrakurzer Wellen in Miniatur-' abmessungen herzustellen, wodurch Herstellungsschwierigkeiten entstanden, ist es jetzt nicht mehr notwendig, einen extrem kurzen Glühfaden zu verwenden, sondern-,es genügt, einen Glühfaden von bequem herstellbaren üblichen Abmessungen zu benutzen und seinem heißesten' Teil in möglichst geringemAbstand eine möglichst punktförmigeAnode gegenüberzustellen.While one strives so far, diodes for the rectification of ultra-short Manufacture shafts in miniature 'dimensions, creating manufacturing difficulties it is no longer necessary to use an extremely short filament use, rather, it suffices to use a filament of the usual easily manufacturable Dimensions and its hottest part as close as possible to face an anode that is as punctiform as possible.

Die Erfindung ist keineswegs auf die in Fig. i dargestellte Ausführungsform beschränkt. Es kann beispielsweise an Stelle der Anode q. eine Mehrzahl von Spitzen dem heißesten Teil des Glühfadens gegenübergestellt 'werden, wobei diese Spitzen zweckmäßig in einer zur Längserstreckung der Glühkathode senkrechten Ebene liegen. Es ist auch möglich, als Anode eine ebene Kreisscheibe zu benutzen, etwa nach Art der Fig. q., in welcher mit i die Käthö@de und mit q. die kreisringförmige Anode bezeichnet ist.The invention is by no means limited to the embodiment shown in FIG limited. For example, instead of the anode q. a plurality of peaks facing the hottest part of the filament, with these peaks expediently lie in a plane perpendicular to the longitudinal extension of the hot cathode. It is also possible to use a flat circular disk as the anode, for example in accordance with Art of Fig. q., in which with i the Käthö @ de and with q. the circular anode is designated.

Wenn die Länge der Glühkathode hinreichend groß ist, daß ihr mittelster Teil eine konstante Temperatur aufweist, und wenn es sich um die Gleichrichtung von Wellenlängen handelt, die nicht so extrem klein sind, daß das äußerste Minimum an Kapazität zwischen Kathode und Anode eingehalten werden muß, so kann entsprechend Fig. 5 auch eine Anode in Form eines kurzen zylindrischen . Röhrchens benutzt werden, welche nur die auf gleichmäßiger Temperatur befindliche heiße Mittelpartie der Glühkathode umschließt, während die restlichen Teile der Glühkathode i, welche das Temperaturgefälle umfassen, außerhalb des Anodenzylinders liegen.If the length of the hot cathode is long enough that its middle Part has a constant temperature, and when it comes to rectification is about wavelengths that are not so extremely small that the extreme minimum the capacitance between cathode and anode must be observed, so can accordingly Fig. 5 also shows an anode in the form of a short cylindrical. Tubes are used, which only the hot central part of the hot cathode, which is at a uniform temperature encloses, while the remaining parts of the hot cathode i, which the temperature gradient include, lie outside the anode cylinder.

In vielen Fällen, insbesondere bei Gegentaktschaltungen, aber. auch für andere Zwecke, werden Doppeldioden benutzt, bei welcher einer gemeinsamen Kathode mehrere Anoden gegenüberstehen.. Eine derartige Doppeldiode kann im Sinne der vorliegenden Erfindung beispielsweise nach Art der Fig. 6 angeordnet werden,. Hier sind zwei Glühkathoden i vorgesehen, die parallel zueinander verlaufen und durch Federn 5 gespannt werden.. Jeder der beiden Glühkathoden steht eine spitzenförmige Anode 4 gegenüber. Die beiden Glühkathoden sind untereinander elektrisch leitend verbunden.In many cases, especially with push-pull circuits, however. even for other purposes, double diodes are used with a common cathode facing several anodes .. Such a double diode can in the sense of the present Invention can be arranged, for example, in the manner of FIG. Here are two Glow cathodes i are provided, which run parallel to one another and are supported by springs 5 be tensioned .. Each of the two hot cathodes has a pointed anode 4 opposite. The two hot cathodes are connected to one another in an electrically conductive manner.

An Stelle einer geradlinig ausgespannten Kathode kann auch eine Glühkathode in der an sich bekannten -Häärnadelförm verwendet werden, wobei die Anode q. den gebogenen Mittelteil der Haarnadelkathode entsprechend Fig.7 gegenübersteht. Bei dieser Ausführungsform sind die Laufzeiten der Elektronen von den verschiedenen Teilen der Kathode bis zur Anode sehr stark untereinander verschieden. Auch weisen die Laufzeiten einen steilen Anstieg außerhalb des Gebietes der kleinsten Laufzeiten auf. Diesem Vorteil der Haarnadelkathode steht allerdings der Nachteil geringerer mechanischer Stabilität gegenüber einer geradlinig gespannten Kathode entgegen.Instead of a cathode stretched in a straight line, a hot cathode can also be used be used in the known -Häärnadelförm, the anode q. facing the curved middle part of the hairpin cathode as shown in FIG. In this embodiment, the transit times of the electrons are different Parts of the cathode to the anode are very different from one another. Wise too the transit times show a steep increase outside the area of the smallest transit times on. This advantage of the hairpin cathode is, however, less disadvantageous mechanical stability against a rectilinear tensioned cathode.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Hot cathode rectifier for rectifying ultra-high Frequencies using a saturable cathode, characterized in that that the cathode and anode are designed and arranged so that the discharge space electron paths of very different maturities.

2. Hot cathode rectifier according to claim i, characterized in that the distribution of the transit times over the cathode surface shows a steep increase outside the area of the smallest maturities.

3. hot cathode rectifier according to claim i or 2, characterized in that the cathode as a straight filament and the anode as a middle one Part of the filament facing tip is formed. q ..

Hot cathode rectifier according to one of the preceding claims, characterized in that the middle Part of the rectilinear cathode face several tips as an anode.

5. hot cathode rectifier according to claim i or 2, characterized by a straight line elongated cathode and an anode essentially designed as a flat circular ring, whose plane is perpendicular to the longitudinal extension of the cathode.

6. Hot cathode rectifier according to claim i or 2, characterized by a cylindrical anode, the extent of which in the axial direction is small compared to the total length of the hot cathode and which the hot cathode comprises coaxially.

7. Hot cathode rectifier according to one of the preceding Claims, characterized in that two equipped with separate feeds Anodes are provided, each with a preferably straight line Working together glow wire. B. hot cathode rectifier according to claim i or 2, characterized characterized in that the cathode is hairpin-shaped and that the anode faces the curved hottest part of the cathode in the form of a tip or edge.