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Sekundäremissions-Verstärkerröhre mit mindestens einer Prallelektrode
und einer gitterförmigen Auffangelektrode Die Erfindung bezweckt die Erhöhung der
Steilheit einer mit sekundärer Vervielfachung arbeitenden elektrischen Entladungsröhre.
Sie erzielt dies dadurch, daB der Sekundärelektronenstrom zur Auffangelektrode durch
die Einwirkung eines mit der Prallelektrode verbundenen emissionsfähigen zweiten
Steuergitters auf die Sekundärelektronenemission der Prallelektrode und durch die
Sekundärelektronenemission dieses zweiten Steuergitters selbst zusätzlich mit.der
gleichen Frequenz gesteuert wird wie die Primäremission.
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Es sind lichtelektrische Zellen und Verstärkerröhren bekanntgeworden,
die nach verschiedenen Systemen durch sekundärelektrische Vervielfachung eine erhebliche
Verstärkung des primären Steuervorgangs erzielen. Dabei wird die Tatsache zunutze
gemacht, daB unter bestimmten Voraussetzungen ein auf eine metallische Oberfläche
auftreffendes Elektron in der Lage ist, mehr als ein, bei den besten bisher bekanntgewordenen
Schichten bis zu etwa zehn Sekundärelektronen auszulösen. In Fortgebrauch der bei
der normalen Verstärkerröhre gebräuchlichen Begriffe pflegt man dann von einer Erhöhung
der Steilheit zu reden und ist insofern dazu berechtigt, als der primäre Steuervorgang
durch Dosierung des auf die sekundäremittierende Elektrode auftreffenden Primärstroms
zugleich
auch eine Steuerung des Sekundärstroms bewirkt. In erster Näherung errechnet sich
die neue Steilheit S zu die Steilheit des primären Systems, y den
Sekundäremissionsfaktor bedeuten. Gemäß der Erfindung wird nun eine solche An-Qrdnung
getroffen, daß der Emissionsfaktor r selbst wiederum eine Funktion des Anodenstroms
Ja ist; so daß bei kleinen Primärströmen y klein, bei großen Primärströmen
dagegen groß ist. Es gilt also y = q # Ja,
woraus sich die neue Steilheit
errechnet zu
Somit wird durch die Steuerspannung Eg nunmehr nicht nur ein Strom Ja,, sondern
es wird der Stromwert Jag gesteuert und zugleich -eine sekuniäre Vervielfachung
erzielt.
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In einfachster Weise ließe -sieh die Erfindung dadurch verwirklichen,
daß vor die sekuniäremittierende Elektrode in bekannter Weise ein Gitter gelegt
wird, das die Sekundäremission beispielsweise über einen Übertrager mit der gleichen
Frequenz steuert, wie das erste Steuergitter die Primäremission. Allein hierbei
tritt als unangenehmste Erscheinung die auf, daß durch die auf dem zweiten Steuergitter
auftreffenden Primärelektronen und die dadurch entstehenden Sekundärelektronen der
Steuerkreis schädlich belastet wird. Einem solchen Verfahren sind daher äußerst
enge Grenzen gesetzt.- Die Erfindung sieht demgegenüber eine andere Steuerung des
sekundären Elektronenstroms vor. Bei der Verstärkerröhre nach der Erfindung mit
mindestens einer Prallelektrode und einer gitterförmigen Auffangelektrode (Anode),-bei
der der gegebenenfalls aus einer Photokathode stammende Primärelektronenstrom intensitätsmäßig
gesteuert wird, ist zwischen der Prallelektrode und der Auffängelektrole ein zusätzliches
sekundärernissionsfähiges Steuergitter angeordnet und über einen Widerstand an ein
gegenüber dem Potential der Prällelektrode niedrigeres Ruhepotential gelegt, und
die Höhe des Ruhepotentials und die Größe des Widerstandes sind: so< bemessen,.
daß durch den von einem ansteigenden Primärelektronenstrom an: dem zusätzlichen
Steuergitter ausgelösten wachsenden Sekundärelektronenstrom im Widerstand ein Spannungsabfall
erzeugt wird,- der` das Steuergitterpotential auf einen das Prallelektrodenpotential_übersteigenden
Wert bringt, so daß die an der Prallelektrode ausgelösten_ Sekundärelektronen nach
der Auffangelektrode beshleunigt werden. - .
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' Die Erfindung sei im folgenden. an Hand der Abbildungen .erläutert.
Die in dem Schaltschema der Abb. i dargestellte Röhre ist in der für Verstärkerröhren
üblichen Weise gezeichnet, ohne daß dies jedoch bedeutet, daß auch die Elektrodenanordnung
die gleiche ist. Vielmehr ist die sinngemäße Übertragurig auf alle Vervielfachertypen,
auch auf solche mit mehrstufiger Vervielfachung,. ohne weiteres. möglich. Gemäß
Abb. = besteht das Röhrensystem aus einer Kathode-K, einem Steuergitter Gp für den
Primärstrom, einem Fanggitter G f für den gesamten Sekundärstrom, einem weiteren
Steuergitter G, für den von -A ausgehenden Sekundärstrom und der Anode A, die hier
jedoch Prallelektrode ist. Von diesen Elektroden sind G, und A stark sekundäremittierend
ausgebildet. Die Bezeichnung-Fanggitter für die Elektrode Gf wird hier sinngemäß
gewählt, um ihre Arbeitsweise zum Ausdruck zu bringen. Sie ist Arbeitselektrode
und fängt einen Teil des Primärstroms sowie den Sekundärstrom auf. Die Summe beider
durchfließt den Arbeitswiderstand W"; über den das Fanggitter an. einer hohen positiven
Spannung liegt. Die Spannungsverteilung sei beispielsweise so, daß die Kathode K
und das Steuer-. Bitter Gp etwa auf dem gleichen Potential o liegen, das Fanggitter
über den Widerstand W" auf +5ooVolt, die Anode auf +40ö Volt und das zweite Steuergitter
G, über einen Widerstand W8 auf etwa +380 Volt. Die Spannungsverteilung ist hierbei
in gewissen Grenzen willkürlich angenommen. Es ergibt sich nun folgendes: Bei einer
bestimmten Steuerspannurig am Gitter G, fließt ein kleiner Primärstrom. Ein Bruchteil
davon trifft auf das Fanggitter Gf auf und durchfließt den Arbeitswiderstand W,
Der größte Teil durchfliegt jedoch das Fanggitter und trifft teils auf die Steuerelektrode
G8, teils auf die Prallelektrode A auf. Da der Primärstrom klein angenommen war,
werden auch wenig Sekundärelektronen ausgelöst; jedoch stets mehr als ein Sekundärelektron
pro auftreffendes Primärelektron. Infolgedessen fließt in dem Widerstand W$ ein
kleiner Elektronenstrom in der Richtung des eingezeichneten Pfeils: Dies hat zur
Folge, daß das Gitter Q, positiver gegenüber ,der Prallelektrode A wird, jedoch
ist die Potentialänderung so gering, daß von der Elektrode A infolge der negativen
Vorspannüng des Gitters G" nur wenig Sekundärelektronen zum Gitter Gf gelangen und
den Arbeitswiderstand W" durchfließen können. Ist jedoch infolge Änderung der Steuerspannung
an dem Gitter Gp der Primärstrom stark, so ist auch der Sekundärstrom, der vom Gitter
G auf die Fangelektrode Gf übergeht, stärker, das Gitter G, infolge des Spannungsabfalls
am Widerstand WS daher erheblich positiver, und der Sekundärstrom von der Prallelektrode
A zur Fangelektrode G, kann das Gitter G8 ungehindert passieren. Mit dieser Anordnung
wird somit praktisch die Wirkung erzielt, daß bei kleinem Primärstrom auch der Sekundäremissiönsfaktor
der Prallanode A klein; bei großem Primärstrom dagegen groß ist, ohne daß durch
den doppelten Steuervorgang der primäre Steuerkreis belastet wird.
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Es bedarf keiner ausführlichen Erläuterung, daß die praktische Durchführung
der Erfindung sich alle Maßnahmen zunutze machen wird und muß, die zur Erzielung
besonderer Wirkungen und zur Vermeidung störender Effekte bereits bisher von der
Technik der Verstärkerröhren her bekannt sind. Es sei hier an die Elektrodenform,
die Abstände,: die Dimensionierung, die Erhöhungen der Belastbarkeit, elektronenoptische
Anordnung, Kapazitätsverringerung usw. erinnert, für die die Röhrentechnik eine
Mehrzahl von Anweisungen gibt und die auch auf dem Gebiet der Sekundärelektronenemission
bereits zu speziellen Lösungen geführt haben. Wie bereits eingangs angedeutet,
läßt
sich die Erfindung ferner auf Photozellen ebenso anwenden wie auf Glühemissionsröhren
und ist in gleicher Weise bei einstufiger und mehrstufiger Sekundärvervielfachung
von Vorteil.
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In den Abb. 2 bis q. sind schematisch einige weitere Ausführungsbeispiele
der Erfindung dargestellt. Abb. 2 zeigt eine Röhre mit konzentrischer Elektrodenanordnung,
bei der das Gitter G8 durch ein Stück aus Vollblech verlängert ist, das in der Hauptsache
die Sekundäremission zur Erzeugung der Hilfssteuerspannung liefert. Abb.3 zeigt
die sinngemäße Anwendung des Erfindungsprinzips beim Elektrodenaufbau einer Photozelle
mit Sekundärvervielfachung. In Abb. q. umfaßt das sekundäremissionsfähige GitterGB
die Fangelektrode Gf.