DE869099C

DE869099C - Elektronenroehre mit kalter Kathode

Info

Publication number: DE869099C
Application number: DE1949P0002822
Authority: DE
Inventors: Johannes Dr-Ing Perthen
Original assignee: Dr-Ing Johannes Perthen Hannover
Current assignee: Dr-Ing Johannes Perthen Hannover
Priority date: 1949-10-28
Filing date: 1949-10-28
Publication date: 1953-03-01

Description

Elektronenröhre mit kalter Kathode In den bekannten Elektronenröhren wird der Austritt der benötigten Elektronen aus der Oberfläche der Kathode durch Zuführung thermischer Energie über einen glühelektrischen Prozeß erreicht. Obwohl dieses Verfahren weitgehend durchgebildet und vervollkommnet ist, bestehen doch Fälle, bei denen eine Elektronenröhre mit einer kalten Kathode von Vorteil wäre.
Eine Elektrönenröhre mit einer kalten Kathode hätte nicht nur den `Vorteil, daß der große und in seinem Wirkungsgrad ungünstige thermische Energieaufwand wegfallen würde. Der Hauptvorteil würde aber sein, daß eine kalte Kathode nicht die große Trägheit einer Glühkathode hat und infolgedessen in ihrer Elektronenemission trägheitslos gesteuert werden kann. Es wäre bei einer solchen Röhre möglich, -den Elektronenstrom nicht nur durch das Steuergitter, sondern auch durch Beeinflussung der Kathode zu steuern und auf diese Weise eine multiplikative oder dividierende Elektronenröhre herzustellen.
Gegenstand der Erfindung ist nun eine Elektronenröhre mit einer kalten Kathode, die eine trägheitslose Erzeugung und Veränderung eines ausreichend großen Elektronenstromes gestattet.
Die Abb. r zeigt beispielsweise eine derartige Ausführungsform. In einem luftleeren Kolben r befindet sich eine Kathode, die aus einer rauhen metallischen Oberfläche 8 besteht. Über den Spitzen der rauhen Oberfläche liegt ein geeignet bemessenes Dielektriku.m, bei dem das Verhältnis von Dicke zu Dielektrizitätskonstante gleich oder sehr viel kleiner als das gleiche Verhältnis für den freien Zwischenraum zwischen den Rauhi:gkeitsspitzen ist. Auf der der muhen Oberfläche 8 abgewendeten Seite des Dielektrikums 7 befindet sich nuri eine äußerst dünne metallische Schicht aus einem Material, das leicht Elektronen oder Sekundärelektronen abgibt, d. h. eine geringe Austrittsarbeit hat. An sich kann der Effekt bei den meisten Metallen beobachtet werden, aber die Ausbeute an Elektronen ist .natürlich größer, wenn. ein Material mit einer besonders kleinen Austrittsarbeit verwendet wird. Bekanntlich eignen sich hierzu beispielsweise Beryllium, Thorium, Caesium und andere Alkalimetalle, aber auch Legierungen, beispielsweise solche aus Beryllium-I"'-upfer-Nicl"el, Magnesium-Silberund andere.
Wird nun an -die raube Oberfläche B einerseits, ari diesen metallischen Belag 6 andererseits eine nicht einmal sehr hohe Spannung angelegt, so entsteht,dort, wo die Rauhigkeitsepitzen das Dielektrikum berühren, in dem Dielektrikum eine außerordentlich hohe Zusammendrängung der Feldlinien und damit Spannungsspitzen. Durch diese Spannungsspitzen werden nun, zusammen mit aus der rauben Oberfläche austretenden Elektronen, aus dein, Belag 6 Elektronen und Sekundärelektroizen heraus---geschlagen, die durch eine an .die Anode :2 gelegte Spannung abgesaugt und durch das Steuergitter 3 in an, sich bekannter Weise maduliert werden können. Der Effekt des Freiwerdens von Elektronen kann auch noch dadurch beeinflußt-werden, daß die zwischen 6 -und 8 angelegte Spannung keine Gleichspannung, sondern eine Stoßspannung oder eine Wechselspannung sehr hoher Frequenz ist. Andererseits ist aber die Verbindung zwischen 6 und 9 nicht unbedingt nötig; es kann vielmehr für bestimmte Zwecke die Spannung unmittelbar an 2 .und 8 angelegt werden.
Abb. 2 zeigt eine weitere derartige Elektronenröhre; bei der ,die raube Oberfläche der Kathode 8 durch eine Kathode -mit einer Vielzahl von Spitzen ersetzt ist: In Abb. 3 ist weiterhin gezeigt, daß die raube Oberfläche nicht unbedingt im innern ,des Kolbens i sich befinden muß, sondern daß sie auch außerhalb sein kann. Das Dielektrikum 7 bildet dabei die Trennung zwischen der 'äußeren Atmosphäre und Odem Innern des .luftleeren Kolbens i. Die Unterbringung der .kalten .Kathode in dem luftleeren Kolben i hat an sieh den Vorteil, daß die äußere Atmosphäre keine Veränderung von 8, 7 und 6 hervorrufen kann und daß die angelegten Spannungen kleiner sein können. Prinzipiell geht aber auch der ,gleiche Vorgang vor sich, in freier.Atmosphäre.
Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß der erzeugte Elektronenstrom abhängig ist -von der Höhe der an die Kathode angelegten Spannung, die, wie oben gesagt; aber, nicht sehr hoch zu sein braucht. Man ist also ohne weiteres in der Lage, diese Spannung in Abhängigkeit von einer veränderlichen Größe zu bringen, d. h.,sie zu steuern und damit den von der Kathode ausgehenden Elektronenstrom zu modulieren. Diese Veränderung ist weitgehend trägheitslos im Gegensatz zu der geheizten Kathode.
Wenn man nun in einer solchen Elektronenröhre den Anodenstrom einanal in Abhängigkeit vom Steuergitter 3 und zum zweiten von der Kathodenspannung verändert, ,dann ist der Anodenstrom dem Produkt und bei entsprechender Schaltung dem Quotienten der beiden steuernden Spannungen proportional. Eine solche Anordnung kann also dazu benutzt werden, rechnerisch einwandfrei, aber trägheitslos zu multiplizieren oder zu dividieren und entsprechende Vorgänge, z. B. Frequenzen, zu vervielfachen, zu modulieren, demodülieren usw: Ein solcher Oszillator arbeitet weitgehend oberlvellenfrei.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Elektrörienröhre mit kalter Kathode, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode aus einer rauben metallischen Oberfläche mit einem darüber befindlichen geeignet bemessenen nichtmetallischen Dielektrikum und einer darüber befindlichen dünnen Schicht aus Elektronen oder Sekundärelektronen abgebendem 'Material besteht und zwischen diese Schicht und die raube Oberfläche eine geeignete Spannung angelegt wird.
2-. Elektronenröhre nach Anspruch ri, dadurch gekennzeichnet; daß statt der rauben metallischen Oberfläche eine Vielzahl nadelförmiger Spitzen benutzt wird.
3. Elektronenröhre nach Anspruch .i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch Veränderung der Spannung zwischen der rauben Oberflache und der Elektronen abgebenden Schicht der Elektronenstrom gesteuert und moduliert wird, wobei durch geeignete Bemessung des Aufbaues der Kathode entweder eine kontinuierliche Steuerung oder eine sprungweise. schaltartige erreicht werden kann. . q.. Elektronenröhre nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, däß durch Steuerung des Elektronenstromes sowohl' durch Veränderung der Spannung zwischen der rauben Oberfläche und der Elektronen abgebenden Schicht als auch durch die an sich bekannte Gittersteurung eine multiplikative oder dividierende Abhängigkeit des Gesamtelektronenstromes von den beiden Steuerspannungen erreicht wird.