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Elektronenentladungsgerät Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf
ein Elektronenentladungsgerät, bei dem in unten näher zu beschreibender Weise ein
Magnetfeld und Elektronen vorwärts treibende Mittel ausgenutzt werden, um den Elektronen
einer Elektronenquelle in bekannter Weise eine kreisförmige und eine translatorische
Bewegung zu erteilen. Es hat sich nun gezeigt, daß durch besondere Vorkehrungen,
diese an sich bekanntem Tatsachen dazu verwendet werden können, einen Elektronenstrom
innerhalb einer Röhre in mannigfaltiger Weise und auf beliebigen Wegen zu verschiedenen
Elektroden der Röhre zu leiten.
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Das Elektronenentladungsgerät nach der Erfindung ist gekennzeichnet
durch eine Elektronenquelle, die wenigstens aus einer Kathode und einer Beschleunigungselektrode
zur Erzeugung eines Elektronenstromes besteht, Mittel zur Erzeugung eines Magnetfeldes,
das eine Bewegung der Elektronen in gekrümmten Bahnen bewirkt, deren Projektion
in einer auf dem Magnetfeld senkrechten Ebene kreisförmig ist, ferner durch Elektronen
vorwärts treibende Mittel, die den Elektronen eine der kreisförmigen Bewegung überlagerte,
fortschreitende Bewegung wenigstens außerhalb der Elektronenquelle erteilen, und
durch Steuermittel, um die durch die fortschreitende Bewegung erzielte Bahn der
Kreis.bewegungszentren außerhalb der Elektronenquelle derart zu verlagern, daß die
Krümmung der Projektion der Bahn in einer zum Magnetfeld senkrechten Ebene geändert
wird.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun an Hand der Zeichnungen
im folgenden eingehender beschrieben.
In der folgenden Spezialbeschreibung
betreffen gleiche Bezugsziffern ähnliche Bestandteile.
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Vorerst wird eine kurze Zusammenfassung der mathematischen Grundlagen
für die im wesentlichen zur Anwendung gelangende Elektronenbewegung dargestellt.
Die Elektronen sollen sich in einem Magnetfeld von der Feldstärke H unter dem Einfluß:
eines elektrischen Feldes von der Feldstärke E und/oder unter dem Einfluß von Ungleichfö:rmigkeiten
im Magnetfeld bewegen. Die Elektronenbewegung setzt sich aus einer Kreisbewegung
und einer fortschreitenden Bewegung des Kreiszentrums zusammen. Vorausgesetzt daß
die vom elektrischen Feld und die von Ungleichförmigkeiten des magnetischen Feldes
auf das Elektron ausgeübten Kräfte klein sind im Vergleich zu der durch das Magnetfeld
auf das Elektron ausgeübten Kraft, so ist die Kreisbewegung dadurch gekennzeichnet,
daß das magnetische Moment des kreisenden Elektrons konstant ist. Die Kreisbewegung
findet in einer zum Magnetfeld senkrechten Ebene statt und ist durch die Gleichung
gekennzeichnet:
wobei r = Kreisradius, U = potentielles Äquivalent der kinetischen
Energie eines Elektrons in einem Koordinatensystem, das sich mit der Geschwindigkeit
des Kreiszentrums bewegt, welche Energiemenge als das reduzierte Potential bezeichnet
werden kann, m = Masse des Elektrons, e = Ladung des Elektrons, c = Lichtgeschwindigkeit.
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Das Problem kann als Störung der in einem homogenen Magnetfeld stattfindenden
Bewegung behandelt werden.
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Die Bewegung des Kreiszentrums ergibt sich dann für den nicht relativistischen
Fall und unter Voraussetzung, daß die Störungskraft f << eH ist, aus
den Gleichungen
x, y und z sind ;die Koordinaten des Kreiszentrums in einem orthogonalen
Koordinatensystem, wobei die z-Achse mit der Richtung des Magnetfeldes H zusammenfällt,
und fx, f, und f, sind die Komponenten der Störungskraft f in der
x-, y- bzw. z-Richtung.
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Die Störungskraft f ergibt sich aus der Gleichung
wobei ,u = magnetisches Moment der Elektronenkreisbewegung, vr,, = Geschwindigkeit
des Kreiszentrums in der xy-Ebene und
die Trägheitskraft des Elektrons, die bei einer Veränderung der Geschwindigkeit
des Kreiszentrums entsteht. Die Trägheitskraft
kann in den meisten praktischen Fällen eE-,u grad H vernachlässigt werden.
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Das magnetische Moment ist
Aus der Gleichung (q.) läßt sich ersehen, daß die Bewegung des Eledztrons in der
z-Richtung von dessen Bewegung in der xy-Ebene unabhängig ist. Die Elektronenbewegung
in der Richtung des Magnetfeldes kann somit getrennt berechnet und dann der Bewegung
in der zum Magnetfeld senkrechten Ebene direkt überlagert werden. In der Folge der
mathematischen Betrachtungen wird nur die Projektion der Elektronenbewegung in der
zum Magnetfeld senkrechten Ebene in Betracht gezogen werden (vgl. Fig. r).
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Es kann dann nachgewiesen werden, daß die Projektion des Zentrums
der kreisförmigen Bahn in dieser Ebene längs einer Linie verschoben wird, die als
Basislinie bezeichnet werden kann und durch die Gleichung gekennzeichnet ist
wobei V' = elektrostatisches Potential, v = obengenanntes reduziertes
Potential, C1 = eine von den Anfangsbedingungen abhängige Konstante, unter denen
das Elektron die Elektronenquelle verläßt.
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Im Fall eines gleichförmigen Magnetfeldes, also bei grad H = o, und
wenn der Ausdruck
vernachlässigt wird, ergibt sich für die Geschwindigkeit v der Verschiebung der
Projektion des Kreiszentrums längs der Basislinie
Wenn auch das elektrische Feld E gleichförmig (homogen) ist, so@ wird die Geschwindigkeit
des Kreiszentrums konstant sein. Diel Elektronenbahn wird zykloidenförmig sein.
Die Basislinie folgt der Kurve V = konstant, also einer Äquipotentiallinie.
Wenn das elektrische Feld eine andere Feldstärke erhält, so ändern sich die Geschwindigkeit
v und die zykloidenförmige Gestalt entsprechend, und die Basislinie wird auf eine
andere Äquipotentiallinie verschoben. FürwohlerwogeneWerte von E kann der Ausdruck,
in der Gleichung (7) in vielen Fällen vernachlässigt werden, und die Basislinie
wird annähernd derselben Äquipotential-Linie durch das ganze elektrische Feld hindurch
folgen.
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Die entsprechenden Verhältnisse liegen in einem ungleichförmigen Magnetfeld
vor, wenn die Feldstärke des elektrischen Feldes gleich Null ist. Die Geschwindigkeit
des Kreiszentrums wird proportiona,
l zu grad H. Solange
grad H = konstant, wird die Basislinie durch Punkte gleicher magnetischer
Feldstärke verlaufen, also einer Kurve, in welcher H = konstant ist, und die Projektion
der Elektronenbahn wird eine Zykloide sein. Eine Änderung von grad H verursacht
eine Verschiebung der Basislinie auf einen anderen H-Wert.
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Auch im allgemeinen Fall, da sowohl das elektrische als auch das magnetische
Feld ungleichförmig ist, wird die Projektion der Elektronenbahn zykloidenförmig
sein. Der Verlauf der Basislinie kann in irgendeinem besonderen Fall berechnet oder
empirisch ermittelt werden.
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Wenn die Störungskraft ausschließlich aus einem elektrischen Feld
oder aus einer Ungleichförmigkeit im Magnetfeld besteht, so wird der Radius der
Kreisbewegung des Elektrons wenigstens annähernd konstant sein. Wenn aber beide
genannten Störungen gleichzeitig erfolgen, ändert sich der Radius.
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Die Geschwindkeit u eines Elektrons in seiner Kreisbewegung ist
Die Gestalt der Zykloide kann sich längs der Basislinie ändern und ist durch das
Verhältnis zwischen der Kreisgeschwindigkeit u und der Fortschreitungsgeschwindigkeit
v bestimmt. In Fig. 2 sind einige verschiedene Formen von Zykloiden veranschaulicht.
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Die Lage der Basislinie kann, wie dies aus der Gleichung (7) hervorgeht,
durch Änderung des elektrischen oder magnetischen Feldes oder der Konstante C1 oder
auch durch gleichzeitige Änderung von zwei oder mehreren der genannten Faktoren
beeinflußt werden. Der Wert der Konstante C1 hängt vom Absolutwert und der Richtung
der Geschwindigkeit des Elektrons ab, wenn dasselbe die Elektronenquelle verläßt,
und von der Feldstärke des Magnetfeldes in diesem Punkt und kann somit durch Änderung
dieser Faktoren variiert werden.
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Obwohl die oben zusammengefaßte Theorie für die Erfinder in der Konzeption
ihrer Erfindung wegleitend gewesen ist, ist experimentell nachgewiesen worden, daß
oft Erscheinungen, unter anderem infolge von Raumladungen, vorkommen, die Abweichungen
ergeben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf den verhältnismäßig engen Bereich, in
welchem die oben auseinandergesetzte Theorie gültig ist, begrenzt.
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Insbesondere ist festzustellen, daß die obenerwähnte Bedingung für
die Gültigkeit der Formeln, z. B. daß die Störungskraft klein sein sollte in bezug
auf die Kraft, mit welcher das Magnetfeld auf das Elektron einwirkt, nicht notwendigerweise
in allen Teilen der Elektronenbahn erfüllt sein muß. Soi ist diese Bedingung in
der Regel an oder in der Nähe der Elektronenquelle nicht gültig. Von Wichtigkeit
können auch Abweichungen an anderen Stellen sein, wie in der Nähe von Elektroden,
welche den Elektronenstrom steuern oder empfangen.
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In der Folge sollen nun verschiedene Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes
beschrieben werden.
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Fig. 3 bezweckt, die verschiedenen Arten der Beeinflussung der Lage
und Gestalt des Elektronenkanals in solchen Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes
schematisch zu veranschaulichen, bei denen die Basislinie des Elektronenkanals immer
in ein und dieselbe zu den Kraftlinien des Magnetfeldes senkrechte Ebene fällt.
Das in der Fig. 3 dargestellte geschlossene Gefäß 2o ist auf einen niedrigen Druck
evakuiert und besitzt eine Elektronenquelle 2,1 und eine Anzahl Elektroden. Das
Gefäß befindet sich in einem homogenen Magnetfeld von der Feldstärke H, dessen Kraftlinien
zur Zeichnungsebene senkrecht stehen. Der bei jeder Elektrode in der Zeichnung eingetragene
Spannungswert bezeichnet die Elektrodenpotentiale, welche mittels äußerer Spannungsquellen
bewirkt und in bezug auf eine Kathode in der Elektronenquelle 2-i gerechnet sind.
Von den elektrischen Kraftlinien, welche sich zwischen Elektroden verschiedenen
Potentials erstrecken, wird angenommen, daß sie paralleil zur Zeichnungsebene verlaufen.
Das elektrische Feld steht somit im rechten Winkel zum Magnetfeld.
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Die Elektronenquelle 21 umfaßt eine Kathode und Mittel zum Beschleunigen
der von der Kathode emittierten Elektronen und eventuell auch Mittel zum Regulieren
der Stromstärke des Elektronenstromes. Wenn die Elektronen die Elektronenquelle
mit einer Geschwindigkeit verlassen, deren Richtung ausschließlich in der Zeichnungsebene,
also unter rechtem Winkel zu den magnetischen Kraftlinien liegt, so werden sich
die Elektronen nur in dieser Ebene weiterbewegen. Unter der Wirkung des magnetischen
und des elektrischen Feldes werden sie zykloidenförmige Bahnen um die der Kurve
-ff = konstant folgende Basislinie in der Ebene beschreiben. Da das Magnetfeld homogen
ist, wird diese Kurve wenigstens annähernd eine Äquipotentiallinie sein, die im
folgenden als Potentialhöhe des Elektronenstromes bezeichnet wird. Die Abweichungen,
welche zwischen der Basislinie und der Äquipotentiallinie vorkommen können, sind
in den meisten Fällen nicht von praktischer Bedeutung. Sollte dies dennoch der Fall
sein, so können sie leicht empirisch ermittelt und beim Anordnen der Elektroden
berücksichtigt werden. Der Vereinfachung wegen wird daher in der folgenden Spezialbeschreibung
angenommen, daß die Basislinie mit der Äquipotentiallinie zusammenfällt.
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Die Potentialhöhe ist durch die Geschwindigkeit und Richtung der Elektronen
bestimmt, wenn dieselben die Elektronenquelle verlassen, und durch die Feldstärke
des Magnetfeldes in unmittelbarer Nähe der Elektronenquelle.
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Wenn der Elektronenkanal eine Potentialhöhe von + zoo V hat und die
Elektroden die in der
Fig. 3 angegebenen Potentiale haben, so wird
der Kanal den durch die Basislinie 23a angezeigten Verlauf nehmen. Die Elektroden
71 und 72 haben ein mit der Potentialhöhe des Kanals übereinstimmendes Potential
von + ioo V und werden ganz oder teilweise im Kanal liegen. Dies ist auch für die
Elektroden 73, 74 und 75 der Fall, obgleich sie von der Potentialhöhe des Kanals
abweichende Potentiale von -t-- iio, + Zoo bzw. -i- 25 V aufweisen, indem vorausgesetzt
wird, daß die Feldverteilung in der Nähe dieser Elektroden derart ist, daß die Äquipotentiallinie
+ io,o V an denselben in einem Abstand vorbeiführt, der kleiner als die halbe Breite
des Elektronenkanals ist. Wie oben dargelegt wurde, ist diese Breite vom Durchmesser
der Kreisbewegung der Elektronen abhängig und konstant, solange das hIagnetfeld
konstant ist.
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Andere Elektroden, wie 76, deren Potentiale mit der Potentialhöhe
des Elektronenkanals übereinstiminen, stehen trotz dieser Übereinstimmung außer
Berührung mit dem Kanal, da dessen Verlauf in der entsprechenden Richtung durch
eine, zwischen den vorgelagerten Elektroden 77 und 78 gebildete Potentialsperre
blockiert ist.
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Wenn das Potential z. B. der Elektrode 79 von 20o auf o V geändert
wird, so ändert sich die Feldverteilung derart, daß die Äquipotentiallinie -;- ioo
V und somit auch der Elektronenkanal vom dieser Stelle ab einen neuen Verlauf 23;,
zu den Elektroden So und Si nimmt.
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Ohne irgendeine gegenseitige Änderung der Potentiale der Elektroden,
aber durch Änderung der Potentialhöhe des Elektronenkanals, kann bewirkt werden,
daß derselbe einem neuen Weg folgt. Wird die Potentialhöhe auf -;- Zoo V erhöht,
so folgt die Basislinie des Kanals der Äquipotentiallinie 23a. Die Änderung der
Potentialhöhe des Elektronenkanals kann in der Elektronenquelle durch Potentialänderung
der Kathode und/oder der Beschleunigungsanode oder durch.' Potentialänderung einer
die Kathode umgebenden oder der Kathode benachbarten Steuerelektrode und/oder .endlich
durch Änderung der Feldstärke des Magnetfeldes bewirkt werden.
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In den oben dargelegten Methoden zur Beeinflussung der Lage des Elektronenkanals
wurde vorausgesetzt, daß das Magnetfeld in allen Teilen der Röhre homogen sei. Der
Elektronenkanal kann jedoch auch durch Änderung der Feldstärke des Magnetfeldes
innerhalb eines Ickalen Bereichs verlagert werden. Da
konstant ist, ergibt eine Erhöhung der Feldstärke des Magnetfeldes, z. B. in einer
durch die Linie 4,5 begrenzten Zone, eine Verlagerung des Elektronenkanals auf höhere
Potentialhöhen in dieser Zone. Die Basislinie wird indessen nun derLinie23d folgen,
und derElektronenstrom wird die Elektrode 82 an Stelle der Elektrode 71 treffen.
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Die obengenannten prinzipiellen Beispiele veranschaulichen, daß der
Elektronenstrom auf mehrere verschiedene Arten zu einer gewünschten Elektrode geleitet
werden kann. Dies kann somit stattfinden, indem der Elektrode ein mit der Potentialhöhe
des Elektronenkanals übereinstimmendes Potential (vgl. die Elektroden 71 und 72
in Fig.3) oder ein in deren Nachbarschaft liegendes Potential (vgl. Elektrode 73)
erteilt wird. Wenn das elektrische Feld in der Nähe der Elektrode verhältnismäßig
konzentriert ist, so kann die letztere sogar Strom empfangen, wenn ihr Potential
beträchtlich von der Potentialhöhe des Elektronenkanals abweicht (vgl. .die Elektroden
74 und 75). Der Verlauf des Elektronenkanals kann auch mittels Elektroden verändert
werden, die nicht selbst vom Elektronenstrom getroffen werden (vgl. Elektrode 7c9).
Es können auch neue Elektronenbahnen geschaffen werden, indem dem Elektronenkanal
in oder bei der Elektronenquelle eine anderePo@tentialhöhe gegeben wird (vgl. Bezugsziffer
23a), oder mittels einer lokalen Änderung der Feldstärke des Magnetfeldes (vgl.
Bezugsziffer 45).
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DerE.lektronenstrom kann auf seinemWe@g durch das Gefäß mit verschiedenen
Elektroden in Berührung kommen und durch dieselben allmählich absorbiert werden.
Der Elektronenstrom kann auch am Ende seines Weges auf mehrere Elektroden, wie So
und Si, oder auf Elektrodengruppen auftreffen. Wenn der Strom an irgendeiner Stelle
längs sziines Weges auf beide Seiten einer Elektrode, wie der Elektrode
71 inFig. 3, gelangt, so. könne beide Teile des Elektronenstromes in ihren
Fortsetzungen längs getrennten Wegen geleitet und in Berührung mit verschiedenen
Elektroden gebracht werden, die räumlich weit voneinander entfernt sein können.
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Die Fig.4 bis 6 und 8 bis 17 zeigen Ausführungsbeispiele von Elektronenröhren
gemäß den eben dargelegten Prinzipien. Bei allen diesen Röhren wird angenommen,
daß sie in einem homogenen, senkrecht zur Zeichnungsebene stehenden Magnetfeld liegen.
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Die in Fig. 4 im Längsschnitt und in Fig. 5 im Querschnitt nach der,
Linie 5-5 der Fig. 4 dargestellte Elektronenröhre umfaßt eine aus Kathode i und
Anode 2 bestehende Elektronenquelle, eine Hilfselekträde 3 (in gewissen Fällen durch
die Röhrenwandung ersetzbar, welche mit Elektrizität geladen wird und als Elektrode
arbeitet), eine Leerlaufelektrode 4. und eine Anzahl Elektroden 5" 5U,
5, usw., -welche alle in einer Glasröhre 2o eiligeschlossen sind. Diese Röhre
befindet sich in einem homogenen, durch zwei Spulen 2:5 hervorgerufenen Magnetfeld
H.
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Fig. 6 zeigt ein beispielsweises Schema für den Anschluß' der in den
Fig. 4 und 5 dargestellten Röhre in einem Stromkreis. Die von der Glühkathode i
ausgesandten Elektronen werden von der Anode :2 angezogen, aber durch das Magnetfeld
.abgelenkt, so daß sie kreisförmige Wege beischreiben. Zwischen der Hilfselektrode
3 einerseits und den Elektroden 5a, 5v, 5, usw. anderseits halten -die Batteirien
B3 und B5 ein elektrisches Feld aufrecht, das zum Magnetfeld senkrecht steht. Durch
die Wirkung dieses elektrischen Feldes werden die Zentren der Kreisbahnen derart
verschoben, daß die Elektronenbahnen zykloidenförmig werden. Die Vorschiebung
der
Zentren folgt dann wenigstens annähernd einer Äquipotentialfläche 23, deren Potential
bezüglich der Kathode mixt Tlm bezeichnet wird. Der Elektronenstrom 22 fließt somit
in einem Kanal zwischen der Hilfselektrode 3 einerseits und den Elektroden 5a, 5b,
5, usw. anderseits vorwärts, ohne mit irgendeiner derselben in Berührung
zu kommem. Dagegen wird der Strom durch die Leerlaufelektro,de 4 aufgenommen, welche
unter der Spannung T7", steht.
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Der Vorgang bei der Verschiebung oder Verteilung des Elektronenstromes
ist in Fig. 7 in Diagrammform dargestellt. Die Spannung einer der Elektroden 5,
z. B. die Spannung V., der Elektrode 5"
wird allmählich gesenkt, so
daßsie sichder Potentialhöhe V. des Elektronenstromes nähert. Nachdem die Spannung
unter den Wert VT gefallen ist, wird ein zunehmender Teil i5 c des Elektronenstromes
dieser Elektrode 5c zufließen, wogegen der zur Elektrode -. führende Strom i4 abnimmt.
Wenn die Spannung V., auf den Wert V. gesunken ist, so wird der gesamte Elektronenstrom
oder dessen größter Teil zur Elektrode 5, fließen. Wird die Spannung
V., weitergesenkt, so wird der Strom i.. vermindert, aber ein Teil des Elektronenstromes
fließt nun zur Elektrode 5,1. Bei einer genügend tiefen Spannung der Elektrode
5, wird die Stromstärke i5 c derselben wieder auf Null zurückgehen, und der
zur Elektrode 5" fließende Strom i5 d wird seinen Maximalwert erreichen.
Dies hängt von der Tatsache ab:, daß zwischen der Elektrode 5c und der Hilfselektrode
3 eine Potentialsperre entstanden ist, welche den Elektronenstrom nach der zunächst
davorliegenden Elektrode abdrängt. Die Änderung des Elektronenstromweges nach einer
bestimmten Elektrode hin kann somit im dargestelltem Schaltschema entweder durch
Änderung der Spannung dieser Elektrode auf eineu in der Nähe der Potentialhöhe des
Elektronenstromes liegenden Wert stattfinden oder durch Änderung der .Spannung der,
in Bahnrichtung des Elektronenstromes gesehen, nächstfolgenden Elektrode auf einen
der Spannung der Hilfselektrode 3 benachbarten Wert.
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Aus Fig. 7 läßt sich ersehen, daß hinsichtlich der zwischen V,. und
V. liegenden Werte der Spannung V., der Strom i.5, ansteigt, wenn
die Spannung V", vermindert wird. Das Elektronengerät hat somit innerhalb dieses
Spannungsbereiches eine Dynatroncharakteristik und stellt einen negativen Widerstand
dar.
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Es muß darauf hingewiesen werden, daß die obige, theoretische Auslegung
vereinfacht ist. In Wirklichkeit bilden unter unterschiedlichen. Bedingungen ausgesandte
Elektronen einen Strom mit verschiedenen Werten für V.. Außerdem macht die Anwesenheit
von Raumladungen die Erscheinung verwickelt.
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Bei dem in Fig. 6 gezeigten Schaltschema sind die Elektroden
5" 5b, 5, usw. in bezug auf die Potentialhöhe des Elektronenstromes
als. positiv und die Hilfselektrode 3 als negativ bezeichnet worden. Die Anordnung
kann jedoch auch mit umgekehrten Spannungen an diesen Elektroden verwendet werden,
z. B. durch Änderung der Polarität der Batterien B3 und B5.
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Eine andere Schaltanordnung für die in den Fig. 4 und 5 gezeigte Röhre
ist in Fig. ä veranschaulicht, worin die Elektroden mit denselben Bezugsziffern
bezeichnet sind. Die Batterie zum Heizen der Kathode fehlt im Schaltschema. Die
Leerlaufelektrode 4 und die Elektroden 5a, 5b, 5c
usw. werden in diesem Fall
unterschiedlichen Spannungen unterworfen, so daß die Elektrodenspannungen eine ansteigende
Reihe positiver odernegativer Spannungen bilden. Durch Änderung der Po, tontialhöhe
des Elektronenstromes in b@ezug auf die Spannungen im Elektrodensystem durch Mittel,
die schematisch durch den verschiebbaren Kontakt der Batterie B5 dargestellt sind,
findet Verschiebung des Stromes statt. Eine andere Möglichkeit zum Ändern der Potentialhöhe
des Elektronenstromes besteht darin, die elektrischen und magnetischem Faktoren
in der hier aus der Kathode r und der Anode 2 beistehenden Elektronenquelle zu ändern,
z. B. durch Änderung der Anodenspannung Va oder des Magnetfeldes. Der Elektronenstrom.
fließt im wesentlichen zu jener Elektrode, deren Potential mit der Potentialhöhe
des Elektronenstromes übereinstimmt.
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Die längs des Weges des Elektronenkanals angeordneten Elektroden können
verschiedener Art sein und Funktionen von einigermaßen unterschiedlichem Charakter
haben. In Fig. g bezeichnen die Bezugsziffern 5a, 5b, 5, usw. sogen.annte
Kontaktelektroden, deren Zweck in erster Linie darin liegt, den Elektronenstrom
zu empfangen und in angeschlossenen Stromkreisen zu verwenden, wogegen die mit 6a,
6b, 6c usw. bezeichneten soggenannten Steuerelektroden in erster Linie den Zweck
haben, den Elektronenstrom zu beeinflussen, zu verschieben und dessen Weg zwischen
verschiedenen Kontaktelektroden zu ändern. Wenn die Steuerelektroden derart angeordnet
werden, daß sie näher an der normalem Bahn des Elektronenkanals liegen als die so
ist die Lage des Elektronenkanals weniger abhängig von den .Spannungen der Kontaktelektroden.
Diese Spannungen können somit verhältnismäßig freizügig gewählt und den Bedürfnissen
in den Stromkreisen 50a, 50b, 50c usw. angepaßt werden, welche sie zu beeinflussen
bestimmt sind.
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Durch Änderung der Spannung der Steuerelektrode 6c auf einen Wert
in der Nähe der Spannung der Hilfselektrode 3 wird beim dargestellten Schaltschema
der Elektronenstrom auf die Kontaktelektrode 5c gelenkt. Eine Potentialsperre zwischen
den genannten beiden Elektroden 3 und 6, verhindert nämlich. den Elektronenstrom,
seinem ursprünglichen Weg zu folgen. Gleichzeitig entsteht ein elektrisches Feld
zwischen den Steuerelektroden 6,
und 6d, deren Spannungen nun unter die Potentialhöhe
des Elektronenstromes fallen bzw. dieselbe übersteigen, wobei dieses elektrischeFeld
denStrom zur Kontaktelektrode 5c führt.
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Der Elektrodenstrom kann auch gemäß der im Zusammenhang mit Fig. $
beschriebenen Methode
verschoben werden, wenn die Steuerelektroden
6a, 6b, 6, usw. in Fig. 9 in gleicher Weise wie dieElektroden5a, 5b,
5c usw. in Fig. 8 angeschlossen werden.
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Das in Fig.9 gezeigte Elektrodensystem gibt gleichzeitig ein Beispiel
für die Tatsache, däß die Leerlaufelektroide weggelassen werden kann. In einem solchen
Fall fließt der Elektronenstrom bei Leerlauf an die zur Hilfselektrode 3 am nächsten
liegende Elektrode, also im vorliegenden Fall an die Elektrode 6a.
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In den Fig. f o und i i, die zwei senkrecht zueinander geführte Längsschnitte
einer Röhre zeigen, ist eine weitere Elektrodenart, sogenannte Regulierelektroden,
gezeigt. Zur Unterscheidung von den Steuerelektroden, welche seitlich zu dem Weg
oder den Wögen, in die der Elektronenstrom gelenkt werden soll, angeordnet sind,
liegen diel Regulierelektroden quer in einem solchen Weg. Wenn der Regulierelektrode
eine Spannung aufgedrückt wird, die in der Nähe der Potentialhöhe des Elektronenstromes
liegt, wird der letztere vorbeigelassen; wird jedoch dieser Elektrode eine von der
Potentialhöhe abweichende Spannung aufgedrückt, so, kann der Weg des Elektronenstromes
an dieser Stelle blockiert werden. Fig. fo und i i zeigen zwei Haupttypen von Regulierelektroden.
Die mit der Bezugsziffer fo bezeichnete Haupttype besteht prinzipiell aus einem
Gitter von im Gebiet der Vakuumröhren wohlbekannter Bauart. Die mit der Bezugsziffer
il bezeichnete Haupttype besteht aus einem Plattenpaar, dessen eine Platte vor und
die andere hinter dem Weg des Elektronenkanals angeordnet ist, wenn in der Richtung
des Magnetfeldes geblickt wird. Wird beiden Platten eines Plattenpaares eine gleiche
oder nahezu _ gleiche Spannung aufgedrückt, die beträchtlich von der Potentialhöhe
des Elektronenstromes abweicht, so kann dort ein Sperrfeld gebildet werden, welches
den Elektronenstrom aufhält oder seine Stromstärke herabsetzt.
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Regulierelektroden können auch am Ausgangspunkt des Elektronenkanals
bei der Elektronenquelle angeordnet sein,(vgl. z. B.,die Elektrode i i in Fig. 18
und i9, oder als ein die Kathode umgebendes Gitter, wie die Elektrode 12 in Fig.
z6).
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Durch verschiedenartige Kombinationen von Kontaktelektroden, Steuerelektroden
und Regulierelektroden kann eine Auswahl von verschiedenen Elektrodensystemen geschaffen
werden, die sich für verschiedene Zwecke eignen. Einige Beispiele solcher Kombinationen
sind in den Fig. 12 bis 17 gezeigt. Die Methode zur Lenkung des Elektronenstromes
in verschiedene Wege ist in bezug auf diese Figuren unter der Annahmebeschrieben,
daß das Schaltschema derElektroden in prinzipieller Übereinstimmung mit dem in Fig.
6 gezeigten steht, aber auch in anderer, später zu beschreibender Weise gestaltet
sein kann.
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Fig. 12 zeigt eine Röhre, die zwei Gruppen von Kontaktelektroden 5
bzw. 51 und Steuerelektroden 6 bzw. 61 besitzt. Die Steuerelektroden 6 in der einen
Gruppe stehen bei normaler Bedingung unter einer die Potentialhöhe des Elektronenstromes
überschreitenden Spannung und die Steuerelektroden 61 in der zweiten Gruppe unter
einer Spannung, die unter dieser Potentialhöhe liegt. Die Lenkung des Elektronenstromes
zu der gewünschten Kontaktelektrode, z. B. der Kontaktelektrode 51a in der zweiten
Gruppe, kann durch Änderung der Spannung der entsprechenden Steuerelektrode 61"
auf einen Wert, der in der Nähe der Spannung der Steuerelektroden in ider ersten
Gruppe liegt, erfolgen.
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In Fig. 13 wird der Elektronenstrom durch vier verschiedene Gruppen
I bis IV von Steuerelektroden 6, 7, 8 unrd 9 beeinfllußt. Die Verschiebung des Elektronenstromes
findet in jeder Gruppe als Wahl zwischen zwei alternativen Bahnen wie in einem gewöhnlichen,,
elektromagnetischen Relais statt, indem einer Steuerelektrode entweder die Spannung
der Anode 2 oder diejenige der Hilfselektrode 3 aufgedrückt wird. Der in der Figur
gezeigte Verlauf,des Elektronenkanals zu,der Kontaktelektrode 5" ist somit durch
Verbindung der Steuerelektroden 9 und 7, mit derAnode 2 und der Steuerelektroden
8a und 6" mit der Hilfselektrode 3 geschaffen worden.
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In Fig.14 sind die Kontaktelektroden 5 zusammen mit den zugehörigen
Steuerelektroden 6 in Gruppen eingeteilt. jede Gruppe ist mit einer besonderen Gruppensteuerelektrode
7 ausgerüstet. An die Hilfselektrode 3 einerseits und alle Steuerelektroden 6 und
7 anderseits sind bei normaler Bedingung Spannungen angelegt, die unter bzw. über
.der Potentialhöhe des Elektronenkanals liegen. Die Lenkung des Elektronenstromes
zu einer bestimmten, Kontaktelektrode, wie z. B. 5" kann ,durch Änderung der Spannung
der entsprechenden Gruppensteuerelektrode 7, undder Einheitssteuerelektrode
6ü, .die zur Kontaktelektrode 5, gehört, auf einen Wert in der Nähe der Spannung
der Hilfselektrodie 3 erfolgen, wobei der Elektronenstrom mittels Potentialsperren
zu :dem gewünschten Abteil gelenkt wird. Einheitssteuerelektroden 6, welche in den
verschiedenen Gruppen eine entsprechende Lage innehaben, bilden Reihen und können
unter sich verbunden sein, wie dies in bezug auf die Elektroden 6b bis 6h ,dargestellt
ist.
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Die einzelnen Abteile in Fig. 12 können durch Gruppen von Steuer-
und Kontaktelektroden ersetzt sein, und deren Abteile wiederum können erneut durch
neue Steuerelektroden usw. unterteilt sein, so daß Serien von Gruppen und Untergruppen
entstehen. Ein Beispiel einer .solchen Röhre mit mehreren übergeordneten und untergeordneten
Serien von Steuerelektroden ist in Fig.15 veranschaulicht. Es ist nicht nötig, die
verschiedenen Serien von Steuerelektroden, wie in Fig. 1q., in zueinander senkrecht
stehenden Reihen anzuordnen, da der Elektronenstrom 'bei passender Anordnung der
Elektroden zum Verfolgen irgendeiner geometrischen Linie gebracht wenden kann.
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Fig. 16 ist-ein Ausführungsbensplel einer Röhre, welche vor dem Eingang
zu verschiedenen Elektrodengruppen Regulierelektroden io aufweist.Wenn an die Regulierelektroden
ein in der Nähe des Potentials der Hilfselektrode 3 liegendes Potential
gelegt
wird, so kann der Elektronenstrom nur zwischen verschiedenen Gruppensteuerelektroden
7 verschoben werden. In dieser Figur ist auch eine Regulierelektrode i2 gezeigt,
welche die Kathode i umgibt und mittels welcher die Potentialhöhe und Stromstärke
des Elektronenstromes beeinflußt werden kann.
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In Fig. 17 ist eine Röhre dargestellt, in welcher der gleiche Elektronenstrom
gleichzeitig zwei verschiedene Kontaktelektroden trifft, .die zu verschiedenen El-ektrodensystemen
.gehören. Das erste Elektrodensystem umfaßt gitterförmige Kontaktelektroden 5 und
dazwischenliegende Steuerelektroden 6. Das zweite Elektrodensystem umfaßt plattenförmige
Kontaktelektroden 5i und Steuerelektroden 61. Der Elektronenkanal tritt durch eine
Elektrode 5 im ersten System und gibt daselbst einen Teil seines Stromes ab, worauf
er zu einer Elektrode 5 1 im zweiten System weiterfließt,wo der restliche
Strom absorbiert wird. Eine Änderung des Verlaufes des Elektronenkanals kann im
ersten System :da-durch erzielt werden, daß .die Spannung aller Steuerelektroden
links von der gewünschten Kontaktelektrode auf einen in der Nähe der Spannung der
Hilfselektrode 3 liegenden Wert geändert wird, während im zweiten System in oben
beschriebener Weise vorgegangen wird.
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In den dargelegten Ausführungsbeispielen ist vorausgesetzt worden,
d'aß :das Magnetfeld homogen ist. Die Röhren können jedoch auch mit ungleichförmigen
Magnetfeldern versehen werden. Hierfür liegt in Fig. 18 und ig ein Beispiel vor,
worin im Längs- und Querschnitt eine Röhre der Bauart gezeigt ist, wie sie in Fig.
4 und 5 dargestellt ist, welche sich aber in einemungleichfö:rmigen Magnetfeld befindet.
Dieses Feld wird in der gezeigten Ausführungsform durch einen permanenten Magneten
ig hervorgerufen, der einen veränderlichen Luftspalt besitzt, aber natürlich auch-durch
stromdlurchflossene Windungen ersetzt sein kann. In Fig. 18 und ig ist ferner eine
Regulierelektrode i i gezeigt, mittels welcher durch Anlegen verschiedener Spannungen
die Stromstärke des Elektronenstromes beeinflußt werden kann. Solange das elektrische
Feld zwischen den Elektroden 5a, 5L= 5, usw. einerseits und der Elektrode
3 anderseits Null ist, werden die Krei.s:bahnzentren der Elektronen längs einer
Linie verschoben, welche der magnetischen Feldstärke H = konstant entspricht, indem
z. B. der EIektronenkanal ein Gebiet durchschreitet, welches eine bestimmte magnetische
Feldstärke besitzt. Wenn die Spannung irgendeiner der Elektroden 5, z. B. der Elektrode
5" geändert wird, so entsteht ein elektrisches Feld:, und der Elektronenkanal wird
verlagert. Wenn die Spannungsänderung genügend ist, so wird,der Elektronenstrom
ganz oder teilweise von der Leerlaufelektrode 4 zur Elektrode 5, oder der Elektrode
5L in gleicher Weise verschoben, wie dies im Diagramm der Fig. 7 gezeigt ist. Zum
Zweck,derLenkung :des Elektronenstromes in einem ungleichförmigen Magnetfeld ist
irgendein elektrisches Feld zwischen den Elektroden 5Q, 5L, 5, usw.
und der Elektrode 3 nicht notwendig, kann aber sehr :gut verwendet werden. Die Elektrode
3 kann, falls erwünscht, weggelassen werden. Jedoch muß nach wie vor ein elektrisches
Feld zwischen der Kathode i und der Anode 2 vorhanden sein.
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Fig. 2o und 21 zeigen in Seitenansicht bzw. im Horizontalschnitt längs
der Linie 2r-22 e'in Beispiel für die Ablenkung ,des Elektronenkanals mittels lokaler
Ungleichförmigkeiten im Magnetfeld. Zwischen ,den positiven Elektroden 5Q, 5v, 5c
usw. einerseits und dfen negativen Elektroden 54 51v, 51, usw. anderseits befindet
sich ein elektrisches Feld, welches den Elektronenstrom von der Kathode i zur Leerlaufelektrode
4. lenkt. Durch lokale Steuerspulen 26Q, 26L, 26, usw. kann das Hauptmagnetfeld
an gewünschten Stellen verstärkt oder abgeschwächt werden, so daß dann der Elektronenstrom
in der Fig. 2o nach oben oder unten abgelenkt wird. Im vorliegenden Schaltschema
wird dargelegt, ,daß der Strom in jedem Spulenpaar für sich nach freiem Ermessen
hinsichtlich Stromstärke und Richtung mittels der Widerstände R26 Q, R26
bi
R26 , usw. reguliert werden kann. Wenn somit z. B. die Steuerspulen
26, von einem Strom 461 in einer solchen Richtung durchflossen werden, daß das durch
die Spulen 25 hervorgerufene Hauptmagnetfeld verstärkt wird, so wird der Elektronenstrom
bei steigenden Werten des Stromes i26 in erster Linie von der Elektrode ,4 zur Elektrode
5, verschoben und bei höher steigenden Werten des Stromes i26 weiter zur
Elektrode 5d verlagert. Prinzipiell wirdder Vorgang,der gleiche sein, wie .er in
D'iagrammform in Fig. 7 ,dargestellt ist, wenn die Spannung VSG durch den Wert
ersetzt wird. Wenn der Strom '261 in umgekehrter Richtung fließt, so daß er das
Hauptmagnetfeld abschwächt, so wird der Elektronenstrom zu den Elektro'de'n 5i,
oder 5 id fließen.
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In Fig.2io, und 21 ist gleichzeitig eine lokale Erregerspule 28 gezeigt,
mittels welcher das Magnetfeld in oder in der Nähe der aus der Kathode i und der
Anode 2 bestehenden Elektronenquelle geändert werden kann. Dabei kann :d:ie Breite
und die Potentialhöhe des Elektronenkanals eine Änderung erfahren.
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Fig.22 veranschaulicht eine Ausführungsform einer Röhre entsprechend
derjenigen in Fig. 14, aber mit dem Unterschied, ,daß beide Serien von Steuerelektroiden
6 und 7 durch zwei Serien von Steuerspulen 26 und 2:7 ersetzt sind. Der Elektronenstrom
wird zu der gewünschten Kontaktelektrode, z. B. 5Q, gelenkt, indem Erregerstrom
durch die Hilfsspule 25Q und je eine Steuerspule der beiden Serien, im gezeigten
Beispiel durch die Steuerspulen 2,6, und 27Q, geleitet wird. In der gleichen Röhre
können auch Kombinationen von Steuerelektroden, Regulierelektroden und Steuerspulen
zum Beeinflussendes Elektronenstromes verwendet werden.
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In den oben beschriebenen Systemen, in welchen die Bahn des Elektronenkanals
zum Magnetfeld senkrecht verläuft, kann -der Elektronenstrom an gewissen Stellen
mittels parallel zum Magnetfeld
gerichteter elektrischer Felder
-in der Richtung :des Magnetfeldes verschoben werden. Das Prinzip hierfür ist in
Fig. 23 veranschaulicht, in welcher zwei ein parallel zum Magnetfeld verlaufendes
elektrisches Feld erzeugende Elektroden 13 und 1q. zeigt, die den Elektronenstrom
vom einen zweier in Magnetfeldrichtung übereinander angeordneter Elektrodensystem
der oben beschriebenen Type in das andere überführen, wobei dieser Strom in jedem
der beiden Elektrodensysteme im rechten Winkel zum Magnetfeld fließt.
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In :der obigen Spezialbeschreibung ist bisher angenommen worden, daß
die Änderungen im Verlauf des Elektronenstromes dadurch ausgenutzt werden, daß der
Elektronenstrom mit verschiedenen, in der Eleletronenröhre vorgesehenen Elektroden
in Berührung gebracht wird. In alternativer Weise können jedoch die Änderungen des
Verlaufes des Elektronenstromes wie auch die Veränderungen seiner Stromstärke (weiter
unten genauer erläutert) durch kapazitive Mittel aufgenommen werden, durch Elektroden,
auf die tder Elektronenstrom nicht direkt :auftrifft, oder :durch Induktionsstrom
in Leitern, die nahe der Bahn des Elektronenstromes liegen. Fig. 25 hat den Zweck,
diese zwei Möglichkeiten im Prinzip darzustellen. Durch Änderung :der Spannung der
Steuerelektrode 6, welche durch eine veränderliche Batteriespannung schematisch
dargestellt worden ist, kann die Verteilung :des Elektronenstromes zwischen den
Elektroden q.a und q.b verändert werden. Beim Ändern der Stromstärke des zur Elektrode
4" fließenden Elektronenstromes wird in der Spule 30 ein Strom induziert.
Die Stromstärke des induzierten Stromes kann durch Senkung der Geschwindigkeit der
fortschreitenden Bewegung .der Elektronenkreisba'hnzentren in der Nähe der Spule,
z. B. durch Änderung der Spannung der Elektrode 3, erhöht werden. Eine Änderung
des zur Elektrode q.b fließenden Elektronenstromes ergibt eine Änderung der Spannung
der Elektrode 5, trotzdem die letztere durch den Elektronenstrom nicht getroffen
wird. Somit können gemäß der Elektrode 5 in Fig. 25 wirkende Elektroden wie auchSteuer-
undRegulierelektroden wahlweise innerhalb oder außerhalb der Wandung des evakuierten
Gefäßes angebracht sein.
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In den beschriebenen Ausführungsformen wurde dargelegt, daß die Elektronenquelle
aus einer Glühkathode und einer beschleunigenden Anode bestehe. In alternativer
Weise können auch andere bekannte Vorrichtungen zur Erzeugung eines Elektronenstromes
-verwendet werden. In gewissen Fällen kann es als vorteilhaft erscheinen, eine sogenannte
Elektronenkanone zu benutzen, welche Mittel zum Beschleunigen und Konzentrieren
der Elektronen zu einem mehr oder weniger scharfen Strahl und Mittel zum Verändern
der Stromstärke des Elektronenstrahlstromes umfaßt. Die Feldstärke :des magnetischen
Feldes in oder in der Nähe,der Elektronenquelle kann von derjenigen in anderen Teilen
der Röhre verschieden sein, z. B. durch Einwirkung lokaler Spulen, wie z. B.,28
in Fig. 21, oder durch magnetische -Abschirmung der Elektronenquelle. In den meisten
:der oben beschriebenen Schaltschemas ist die Arbeitsweise :der Steuerungsmittel
der Einfachheit halber als eine Umschaltung zwischen bestimmten Spannungen ,dargestellt
worden. Wenn die Spannung der Steuerungsmittel kontinuierlich veränderlich ist,
ist es dagegen bei allen Schaltungen möglich, nicht nur den Elektronenstrom in seiner
Gesamtheit von einer Elektrode zu einer anderen zu verschieben, sondern auch die
Verteilung des Elektronenstromes unter verschiedenen Elektroden, welche :durch den
Elektronenstrom gleichzeitig getroffen werden, kontinuierlich zu verändern. Die
Steuerspannung braucht nicht stabil zu sein, sondern kann eine rasch ändernde Stoßspannung
oder eine periodische Funktion sein.
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Es ist oben beschrieben worden, wie, die Bahndes Elektronenstromes
durchÄnderung des elektrischen und/oder des magnetischen Feldes an passenden Stellen
der Röhre geändert werden kann. Diese Bahn kann in den Bargestellen Ausführungsformen
auch durch Änderung der Bedingungen, unter welchen die Elektronen die Elektronenquelle
verlassen, geändert werden, z. B. durchÄnderung ihrer Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung
und der Feldstärke des Magnetfeldes an der Startstelle von der Elektronenquelle.
Die Potentialhöhe des Elektronenstromes. an seiner Ausgangsstelle von der Elektronenquelle
kann aus diesen Faktoren berechnet oder empirisch bestimmt werden.
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Die oben beschriebenen Methoden, die Lage des Elektronenstromes mittels
Elektronensteuermittel verschiedener Art zu ändern, können in verschiedener Art
und Weise angewendet werden. Die Lage :des Elektronenstromes kann :sichtbar gemacht
werden, z. ß!. dadurch, daß der Strom auf Fluoreszenzschirme, photographische Platten
od. dgl. wirkt und dadurch über die elektrischen Mengen, welche zu .den Elektronensteuerungsmitteln
geflossen ,sind, ein Bild oder Anhaltspunkte gibt. Der Elektronenstrom kann auch
innerhalb oder außerhalb der Röhre angeordnete Elektroden oder Spulen Ströme induzieren
und dadurch. in :den mit denselben verbundenen Stromkreisen Änderungen bewirken.
Wegen -der Vielzahl der verschiedenen Arten, nach welchen der Elektronenstrom gesteuert
werden kann, und wegen ,der Eignung :des Elektronenstromes, in komplizierten Bahnen
geführt zu werden, liegt in der Anordnung von Elektroden, Spulen oder elektrooptischen
Schirmen in oder an der Röhre eine beträchtliche Freiheit, so @d!aß die Röhre den
sich in verschiedenen Fällen ergebenden technischen Erfordernissen angepaßt werden
kann.
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Mit Bezug auf den obigen Rückblick über die verschiedenen Methoden,
die Bahn des Elektronenstromes zu ändern, muß hervorgehoben werden, @daß es möglich
ist, Elektronenströme von mehreren verschiedenen Kathoden oder Elektronenquellen
in ein und demselben evakuierten Gefäß zu. verwenden und dieselben auf verschiedene,
zum bleichen Elektrodensystem gehörende Elektroden zu lenken, ohne daß die Ströme
einander stören. Die verschiedenen Elektronenströme können dadurch voneinander abgesondert
werden, daß :die- Elektronen veranlaßt
werden, die Elektronenquellen
unter verschiedenen Potentialhöhen zu verlassen. Fig. 2¢ zeigt ein Ausführungsbeispiel
einer solchen Röhre, welche zwei Kathoden i. und ib besitzt. Die Kathode i" ist
mit der Spannung Null und die Kathode ib mit der Spannung -I- ioo V verbunden, wogegen
an die gemeinsame Anode :2 eine Spannung von -f- Zoo, V gelegt ist. Die von diesen
beiden Kathoden ausgehenden Elektronenströme erhalten dadurch verschiedene Potentialhöhen,
z. B. -I- 5,o bzw. -h i5 o V. Eine Steuerelektrode, .deren Spannung vom Ausgangswert
von -f- 2,o:o auf -I- ioo V vermindert wird, bildet mit der Hilfselektrode 3 zusammen
eine Potentialsperre gegenüber dem letztgenanntenElektronenstrom, nicht aber gegenüber
dem erstgenannten. Um :den erstgenannten Elektronenstrom abzulenken, muß die Spannung
der Steuerelektrode in die Nähe des Wertes von o V gesenkt werden. Das Schaltschema
zeigt dlie Steuerelektrode 6,1 mit einer Stromquelle von ioo V und die Steuerelektrode
6b an eine Spannung von o V angeschlossen, was bewirkt, :daß der von -der Kathode
ib ausgehende Elektronenstrom zur Kontaktelektrode 5a und der von der Kathode iaausagehende
Elektronenstrom zur Kontaktelektrode 5b gelenkt wird.
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In :den oben beschriebenen Ausführungsformen ist der Elektronenkanal
wie ein Leiter in :den zu beeinflussenden Stromkreisen eingeschlossen. Wenn der
Elektronenkanal verwendet werden soll, um Stromschwankungen, z. B. Sprechströme,
zu übertragen, so können die Schwankungen dem Elektronenkanal -durch Schwankungen
der Spannung einer Regulierelektrode in der Elektronenquelle oder in :deren Nähe,
z. B. der Elektrode i2 in Fig. 16, überlagert werden. In einem solchen Fall können
die Schwankungen nur in der einen Richtung übermittelt werden. Es ist jedoch euch
möglich, zwischen mehreren mit verschiedenen äußeren Stromkreisen verbundenen Kontaktelektroden
mittels des Elektronenkanals eine Verbindung herzustellen, ohne daß der Elektronenkanal
selbst mit den genannten Stromkreisen verbunden ist.
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Fig. 26 zeigt das Prinzip einer solchen Kontaktvorrichtung, welche
ein Paar Kontaktelektroden a1 und a2 aufweist. Die Kontaktvorrichtung liegt zwischen
Steuerelektroden 6" und 6b, von denen d-ie Elektrode 6" in bezug auf :die Elektrode
6, negativ ist. Der Elektronenstrom wird durch die Steuerelektroden zugeführt
und trifft die beiden Kontaktelektroden a1 und a2. Die Verteilung des Elektronenstromes
auf die Elektroden ist von dem Verhältnis der gegenseitigen Spannung der Kontaktelektroden
abhängig, wie aus Fig.27 ersichtlich ist, in welcher V1 und il die Spannung bzw.
der Strom des Kontaktes a1, i2 der Strom des Kontaktes a2 und i6 b der zur Steuerelektrode
6:b fließende Strom ist. Die Kurven gelten für die Spannung Va der Elektrode a.,
gleich konstant, doch ergeben sich ähnliche Beziehungen, wenn h2 variabel ist. In
der Nähe des Punktes V1 = V2 wird das Kontaktpaar a1, a2 ,dynamisch wie eine galvanische
Verbndun- funktionieren, welche einen gewissen Kontaktwiderstand besitzt. Der innere
Widerstand zwischen den Kontaktelektroden kann vermindert werden, indem dieselben
mit sekundär emittierendem Material überzogen werden. Dieser Widerstand kann weiter
vermindert werden, wenn man ,die Oberflächen der Kontaktelektroden vergrößert, indem
z. B. die Kontaktelektroden als Lamellenpakete ausgebildet werden, die teilweise
ineinandergeschoben sind (vgl. Fig. 28).
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Mehrere Kontaktpaare oder Mehrfachelektrodensätze können in. einer
Gruppe angeordnet sein, welche durch den Elektronenstrom gleichzeitig getroffen
werden und dann den a-, b-, c-Kontakten u.sw. in automatischen Telephonwählern
mechanischer Bauart entsprechen. Wenn :die Kontakte dann derart angeordnet und gerichtet
werden, d iaß :die einzelnen Paare oder Elektrodensätze in die Ebene .der zykloi-denförmigen
Bewegung fallen und die verschiedenen Paare oder Sätze inder Richtung,des Magnetfeldes
übereinander angeordnet und gegenseitig abgeschirmt werden, so ergibt sich der Vorteil,
daß die Übertragung der Elektronen von einer Elektrode zur anderen innerhalb der
Kontaktpaare erleichtert, aber zwischen zu verschiedenen Kontaktpaaren gehörenden
Elektroden erschwert wird.
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Einige verschiedene Ausführungsbeispiele der Kontaktpaare sind in
Fig. 28 :dargestellt. Ein Kontaktp,aar a1 und a2 setzt sich aus parallel mit der
Ebene der zykloidenförmigen Bewegung liegenden Lamellen zusammen. Beim folgenden
Kontaktpaar stehen zwei zueinander parallele Gitter bi und b2 senkrecht zur Hauptrichtung
des Elektronenstromes. Darunter ist eine dritte Ausführungsform gezeigt, welche
aus zwei vor einer homogenen Platte c2 stehenden Gittern c1 und, c3 besteht. Die
verschiedenen Kontaktpaare sind durch Schirme 2"9 voneinander getrennt.
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Die, z. B. wie oben beschrieben, aus einem Gitter und einer Platte
bestehenden Kontaktpaare können durch einen in der gleichen Art wie in einer gewöhnlichen
Verstärkerröhre zusammengesetzten Elektrodensatz ersetzt werden, wobei die von den
verschiedenen Bauarten solcher Röhren bekannten Eigenschaften in Kombination mit
den bei der zykloidenförmigen Bewegung spezifischen Eigen-Gcbaften erhalten werden.
Es wird angenommen, daß die Kathode der gewöhnlichen Verstärkerröhre in der zyklod,dalen
Röhre ,durch die Kathode i zusammen mit,dem Elektronenkanal und :dem ersten Kontaktgitter
in -der Elektrodenvorrichtung ersetzt wird, welche Tatsache physikalisch so dargelegt
werden kann, daß unmittelbar nach :diesem Gitter eine virtuelle Kathode gebildet
wird. Dies erfolgt insbesondere @dann, wenn :das nächste Gitter eine niedrigere
Spannung hat als das erste Gitter.
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Als Beispiel diene die in. Fig. 29 gezeigte Anordnung, welche aus
den folgenden, in einem Abteil vorgesehenen Elektroden besteht, nämlich einem Kontaktgitter
d1, einem Steuergitter a2, einem Schirmgitter a3,. .einem Fanggitter a4 und einer
Anode a5. Diese Anordnung entspricht somit einer Pentode. Wenn das Kontaktgitter
a1 stark positiv ist, gestattet es, wie vorher, dem Elektronenstrom, die nächste
Elektrode zu erreichen oder, wenn es
nur schwach positiv oder hegativ
ist; stößt es ;den Elektronenstrom von :dem Abteil zurück. Wenn das Kontaktgitter
a1 positiv und das Steuergitter a2 negativ oder nur schwach positiv ist, steuern
die Schwankungen in der Steuergitterspannung die von der virtuellen Kathode ankommenden
Elektronen, so :daß sie zum Kontaktgitter a1 zurückkehren und dort aufgefangen werden
oder zur Anode a5 strömen, nachdem sie :das Schirmgitter a3 und das Fanggitter a4
passiert haben, .welche die gleiche Funktion wie in gewöhnlichen Pentoden haben.
Wenn die Stromstärke des zum Abteil fließenden Elektronenstromes in irgendeiner
obenerwähnten Weise :gesteuert wird, kann durch die soeben erwähnte Elektrodenvorrichtung
eine zweifache Steuerung erhalten werden, welche den von Mischröhren her bekannten
Effekt ergibt.
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Um eine bessere sekundäre Emissionstätigkeit und eine bessere Wirkung
von Nebengittern, wenn solche überhaupt vorgesehen sind, zu erhalten, dürfte vorgezogen
werden, die Feldstärke des Magnetfeldes in der unmittelbaren Umgebung der Kontaktelektrodengruppen
herabzusetzen. In solchen Röhrentypen, bei welchen die Kontaktelektroden längs eines
äußeren Randes des Wählers vorgesehen sind, wie bei dem in Fig. 13 gezeigten
Wähler, kann Idas gewünschte Resultat @durch Begrenzung des Magnetfeldes erreicht
werden, -so iduß dessen Feldstärke bei den Kontaktelektroden vermindert ist. In
anderen Fällen, wo die Kontaktelektroden im Innern des Elektrodensystems vorgesehen
sind, wie z. B. in den Fig. iq. und 15, kann das Magnetfeld durch eine magnetische
Abschirmung geändert werden, indem z. B. die Elektroden aus ferromagnetischem Material
hergestellt sind.
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Der Einfluß .der äußeren Stromkreise auf die Bedingungen;welche die
Bahn .des Elektronenstromes ändern, wird nunmehr genauer dargelegt. Diese oben beschriebene
Änderung der Bahn dies Elektronenstromes wird in solcher Weise vorgenommen, ,daß
irgendeine oder mehrere der beschriebenen Steuerungsvorrichtungen durch eine Änderung
der elektrischen Bedingung in der Steuervorrichtung zur Einwirkung auf den Elektronenstrom
gebracht werden, so daß sich die Lage der Elektronenstrombahn verändert. Der Impuls
zur Änderung in der Steuervorrichtung kann von außen zugeführt oder durch den Elektronenstrom
selbst verursacht werden. Der Wechsel kann während der ganzen Zeit aufrechterhalten
werden, während welcher der Mektronenstrom in seiner neuen Lage gehalten werden
soll, oder er kann von kurzer Dauer sein und sich nur., dazu eignen, den Elektronenstrom
aus dessen vorhergehender Lage zu verschieben. Im letzteren Fall kann das durch
den Elektronenstrom in seiner neuen Lage erregte Empfängermittel durch eine aus
Schaltelementen bestehende Anordnung, im folgenden Schaltsatz genannt, mit der in
Frage stehenden Steuerungsvorrichtung oder irgendeiner anderen Steuerungsvorrichtung
verbunden werden und die Steuerungsvorrichtung in solcher Weise betätigen, daß -die
neue Lage der Elektronenstrombahn dauernd aufrechterhalten wird oder, in alternativer
Weise, die Elektronenstrombahn weiterverschoben wird. Die Arbeitsweise des Schaltsatzes
wird im folgenden beschrieben, unter Bezugnahme -auf eine Anzahl verschiedener Ausführungsbeispiele.
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In Fig. 310 ist die gleiche Elektronenröhre dargestellt wie in Fig.
6. Jede der Elektroden 5" 5b, 5,
usw. ist mit einer Batterie
über einen Schaltsatz verbunden, welcher in diesem Fall einen Scheinwiderstand Z",
Zb bzw. Z, usw. aufweist, wobei @die Spannung der Batterie höher als die Potentialhöhe
V. -des. Elektronenstromes ist. Unter den Anlaufbedingungen fließt der Elektronenstrom
zur Leerl'aufelektrode q.. Wenn ein negativer Spannungsimpuls in einer mit der Elektrode
5, in Serie befindlichen Spule 35 induziert wird oder wenn durch Erregung irgendeiner
anderen Elektronens:teuerungsvorrichtung :die Bahn des Elektronenstromes derart
geändert wird, @daß er die in Frage stehende Elektrode trifft, so entsteht in dem
mit der Elektrode verbundenen, z. B. von einer Drosselspule gebildeten Scheinwiderstand
Z, ein: Spannungsabfall. Wenn ,der ScheinwiderstandZ, von passender Größe ist, wird
dadurch die Spannung der Elektrode 5, auf die Potentialhöhe Tim des Elektronenstromes
gesenkt, was zur Folge hat, daß der gesamte oder der größte Teil des Elektronenstromers
fortfährt, zur Elektrode 5, zu fließen, selbst nachdem der Steuerimpuls aufgehört
hat. Der negative Spannungsimpuls braucht nicht größer zu sein, als daß die Spannung
der Elektrode 5, für einenAugenblick etwas unter den Wert V,. -indem in Fig. 7 gezeigten
Diagramm fällt. Unter diesem Wert ist der Zustand unstabil, indem die Spannung während
einer Zeit, welche durch die Zeitkonstante des Schaltsatzes Z, bestimmt ist, 4n
die Nähe des Wertes V. sinkt.
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Für größere Werte des Scheinwiderstandes Z, wird die Spannung der
Elektrode 5, niedriger sein als V.. In einem solchen Fall sind, wie aus dem Diagramm
in Fig. 7 ersichtlich ist, der Strom i5 vermindert, ,da ein Teil :des Elektronenstromes
schon; auf die Elektrode 5,1 abgelenkt wird. Die Elektrode 5d kann ihrerseits den
durch einen .Spannungsabfall in Zd bedingten Elektronenstrom aufnehmen. Die Größe
des Scheinwiderstandes Zd und ,die Stromstärke .des Elektronenstromes v"srerden
entscheiden, ob der Elektronenstrom an ,der Elektrode 5,1 bleiben oder weiterverlagert
werden wird. Es kann in dieser Weise bewirkt werden, daß -der Elektronenstrom mit
einer Geschwindigkeit, die durch die Zeitkonstanten der angeschlossenen Schaltsätze
bestimmt ist, von einer Elektrode zur anderen wandert.
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Fi.g. 3 i zeigt die mit der Fig. 13 übereinstimmende Elektronenröhre,
welche sich eignet, die Lage .des Elektronenstromes automatisch in der oben beschriebenen
Weise zu halten. Die einzelnen Serien von Steuerelektroden 6, 7, 8 und g sind jede
in sich verbunden und stehen .durch Schaltsätze, welche aus Widerständen Zi, Z2,
Z3 und Z4 bestehen, mit der Anode 2 in Verbindung, welche eine Spannung von -I-
Zoo V besitzt. Die Hilfselektrode 3 und die Kathode r werden auf o V Spannung
genalen.
Es wird angenommen, daß der Elektronenkanal- einer Äquipotentiallinie von ioo V
folgt.
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Die Elektronenstrornbahn verläuft dann in ihrer Ausgangslage zwischen
der Elektrode 3 einerseits und den benachbarten Elektroden in den Systemen 9, 8,
7 und 6 anderseits. Infolge einer Spannungsreduktion von kurzer Dauer an der Elektrode
9 oder infolge der Einwirkung einer anderen Elektronensteuerungsvorrichtung wird
der Elektronenstrom für einen Augenblick mit der Elektrode 9 in Berührung gebracht
und durchfließt den Widerstand Z3. Dies hat ,einen Spannungsabfall an der Elektrode
9 zur Folge, welcher genügt, daß der größere Teil des Elektronenstromes nunmehr
auf der anderen Seite der Elektrode 9 vorbeifließt. Diese Elektrode wird automatisch
jenen Teil des Elektronenstromes absorbieren, welcher zur Aufrechterhaltung ihres
tiefen Potentials -nötig ist, wogegen der Rest des Elektronenstromes zwischen .den
Elektroden 9 und 8" weiterfließt. Wird der Elektronenstrom für einen Augenblick
mit der Steuerelektrode 8" in Berührung gebracht, so wird diese Elektrode in ähnlicher
Weise einen Teil des Elektronenstromes aufnehmen und durch einen Spannungsabfall
im Schaltsatz Z8 auf ein passendes Potential gebracht werden, welches den Rest -des
Elektronenstromes veranlaßt, zwischen den Elektroden 8" und 7a
weiterzufließen.
Wenn irgendein auf den Elektronenstrom einwirkender Impuls nicht in den durch :das
Elektrodensystem 7 gesteuerten Bereich geliefert wird, so daß der Elektronenstrom
nie mit .der Elektrode 7a in Berührung gebracht wird, so bleibt das hohe Potential
dieser Elektrode erhalten, und der Elektronenstrom geht links von derselben vorbei
zwischen die Elektrode 7, und die bereits auf ein tieferes Potential gebrachte
Elel@trod-e.8a. Wird der Elektronenstrom darauf mit der Steuer--lektrode 6" in Berührung
gebracht, so nimmt diese .ebenfalls einen Teil des Stromes auf und gelangt dabei
auf ein tiefes Potential. Der Rest des Elektronenstromwes gelangt endlich auf die
Kontaktelektrode 5, welche sich in einem Abteil zwischen den Steuerelektroden
6a und 7a befindet.
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Die gleiche Schaltungsart kann in einer Röhre von der in Fig. 1q.
gezeigten Type zur Anwendung kommen, wenn jede Gruppensteuerelektrode 7 und jede
horizontale Reibe von Einheitssteuerelektroden 6 durch je eine Impedanz mit dem
positiven Pol der Spannungsquelle verbunden sind. - Eine kurzzeitige Verminderung
der Spannung einer Gruppensteuerelektrode, wie - z. B. 7a, und ,der Spannung einer
Reihe von Einheitssteuerelektroden, wie z. B. der die Elektrode 6" enthaltenden
Reihe, bringt den Elektronenstrom mit diesen beiden Steuerelektroden in Berührung.
Ein Teildes Elektronenstromes wird dann absorbiert und verursacht einen Spannungsabfall
in der damit in Serie geschalteten Impedanz, so daß der Spannungsabfall aufrechterhalten
bleibt. Der Rest -des Elektronenstromes wird in,dieser Weise .zur Kontaktelektrode
5, geführt.
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Wenn die Potentialhöhe des Elektronenstromes höher als die normale
Spannung der Elektrode ist, auf welche er auftreffen soll, so muß der Schaltsatz
bei seiner Erregung eine Erhöhung der Spannung bewirken. Dies kann dadurch erreicht
werden, daß z. B. Schaltelemente zur Verwendung kommen, welche wie Relais oder wie
ein negativer Widerstand arbeiten. Die Fig. 32 und 33 veranschaulichen zwei Ausführungsbeispiele
eines solchen Schaltsatzes.
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In Fig. 32 sind Z1 und Z2 Impedanzen, do eine Gasentladungsröhre und
5 die mit dem Schaltsatz verbundene Elektrode. Gelangt ein Elektronenstrom zur Elektrode
5, so wird er Spannungsabfall über Z1 vermehrt, bis die Zündspannung der Gasentla,dun.gslampe
erreicht ist. Wenn die Lampe gezündet hat, fällt die Spannung über Z1 auf -die normale
Brennspannung der Lampe, wodurch sich eine Erhöhung des Potentials der Elektrode
5 ergibt.
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In Fig. 33 sind ein Potentiometer Z1, Z2 und eine Pentoden.vakuumröhre
41 vorgesehen. Wenn infolge Elektronenstromes an der Elektrode 5 die Stromstärke
in Z2 erhöht wird, erhöht sich die Fanggitterspannun:g der Röhre, wodurch sich eine
Verminderung des Schirmgitterstromes ergibt, welcher .den Spannungsabfall über Z1
vermindert und dabei die Spannung der Elektrode 5 erhöht.
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In den obengenannten Beispielen hat der Schaltsatz bei seiner Erregung
durch den Elektronenstrom auf die Labe der Strombahn durch Änderung der Spannung
von Kontaktelektroden oder Steuerelektroden eingewirkt. Das gleiche Resultat kann
erzielt werden, indem der Schaltsatz veranlaßt wird, die Spannung von Regulierelektroden
:gemäß Fi:g. Ii und 16 oder den Strom durch Magnetfelderregerspulen gemäß Fig. 2.I
oder die Potentialhöhe .des Elektronenstromes durch Änderung jener Faktoren, welche
die Geschwindigkeit und Richtung des Elektronenstromes bei seinem Start von der
Elektronenquelle bestimmen, oder die Feldstärke des Magnetfeldes an dieser Stelle
zu ändern. In ähnlicher Weise kann der zum Schaltsatz gelangende Strom anstatt von
Elektroden, auf welche ,der Elektronenstrom direkt auftrifft, von einer Spule 30
oder von einer Elektrode 5, wie sie in Fig. 25 gezeigt sind, und welche durch Induktion
durch :den Elektronenstrom erregt werden, hergeleitet sein.
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Der Schaltsatz kann in verschiedener Weise aus bekannten Siebkettenelementen
oder Elektronenentla-dun.gsmitteln aufgebaut sein. Ihre Einwirkung auf die Steuerungsmittel
kann .dabei verzögert oder eine veränderliche Funktion in der Zeit und der Stromstärke
des Elektronenstromes sein.
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Die beschriebenen Eigenschaften des Schaltsatzes können zum Verschieben
des Elektronenstromes mittels aufeinanderfolgender Impulse verwendet werden. Eine
solche Schaltanlage ist in Fig. 34 gezeigt. Die Kontaktelektroden 5"
5v, 5e usw. sind mit Schaltsätzen 15a, I5b, 15, usw. in Serie geschaltet, und die
Steuerelektroden 6b, 6-" 6d usw. sind mit Schaltsätzen 16b, 16" 16d USW-
in Serie geschaltet. Die Schaltsätze .der Kontaktelektroden und diejenigen der Steuerelektroden
können verschiedene Eigenschaften haben. Die Hilfselektrode 3 hat eine Spannung,
welche unter der Potentialhöhe
des Elektronenstromes liegt, und
.die Kontaktelektroden und die Steuerelektroden haben eine Spannung, welche .diese
Potentialhöhe übersteigt, ausgenommen jenes Abteil, in welches hinein der Elektronenstrom
im gegebenen Augenblick gelangt. In diesem Abteil wird ein Teil des Elektronenstromes
durch die eine Steuerelektrode 6, in Fig. 34 absor.,)iert, während dessen größerer
Teil zur Kontaktelektrod c 5, fließt. Die Spannungen der Elektroden 6, und 5, sind
durch :die mit denselben verbundenen Schaltsätze 16, und 15, herabgesetzt worden.
Ein durch die Spule 35 zugeführter negativer Spannungsimpuls bewirkt eine Spannungsverminderung
von kurzer Dauer an der Elektrode 5c. Die Basislinie des Elektronenstromes gelangt
.dann momentan durch den Luftspalt zwischen den Elektroden 5, und 6d. Wenn .der
dazwischenliegende Luftspalt kleiner als der Durchmesser der Kreisbahnender Elektronen
ist, werden einige Elektronen auf der Elektrode 6d auftreffen, so daß durch
den mit der Elektrode verbundenen Schaltsatz i6d Strom fließt. Dabei wird die Spannung
der Elektrode 6d herabgesetzt, was nach Ablauf einer gewissen Zeit, dem durch den
Schaltsatz und die Stromstärke des Elektronenstromes bestimmten Schaltverzug, dazu
führt, daß die Äquipotentiallinie auf die andere Seite der Elektrode 6d verschoben
wird und zwischen die Elektroden 6d und 5d gelangt. Der Elektronenstrom trifft nun
auf beide dieser Elektroden. Er bleibt in dieser Lage, wobei der Hauptteil ,des
Elektronenstromes durch die Elektrode 5d absorbiert wird, während die Elektrode
6d so viel Strom aufnimmt, als benötigt wird, dien Elektronenstrom in diesem Abteil
zu halten. Ein neuer negativer Impuls aus der Spule 35 verlegt den Elektronenstrom
in der gleichen Weise zum nächsten Abteil.
-
Es ist oben vorausgesetzt worden, daß der Abstand zwischen den Kontaktelektroden
und den Steuerelektroden kleiner als der Durchmesser der Kreisbewegung der Elektronen
sein sollte, um die Verschiebung des Elektronenstromes von einer Elektrode zur anderen
zu ermöglichen. Eine solche Verschiebung kann sogar stattfinden, wenn der Abstand
,größer als der genannte Wert ist. In .diesem Fall werden die hinter .der Lücke
zwischen den Elektroden t-,efindliche Röhrenwandung oder an jener Stelle vorgesehene
Platten oder Schilder durch den Elektronenstrom geladen.
-
Im .genannten Beispiel werden- die Impulse in ein in sich verbundenes
System von Kontaktelektroden gegeben, wobei nur die bei .der derzeitigen Lage des
Elektronenstromes befindliche Elektrode auf denselben einwirkt. Im Fall, daß die
Abteile zwischen den verschiedenen Steuerelektroden mehrere- Kontaktelektroden umfassen,
wie z. B. die im Fig.28 gezeigte Kontaktekektrodengruppe, genügt es, wenn der Impuls
einer der zu der Kontakt-.el:ektrodengruppee gehörenden Elektroden zugeführt wird,
Diese Elektrode verlagert dann einen Teil des Elektronenstrornes zur nächsten Steuerelektrode,
welche elektrisch unstabil ist und .dadurch automatisch den Elektronenstrom aufnimmt
und weitergibt. Wenn Sprechströme über die Kontaktelektroden übermittelt werden
sollen, kann es jedoch ungeeignet erscheinen, diese Elektroden zur Impulsgebung
zu verwenden. Dies kann dann in anderer Weise geschehen, z. B. :durch Impulsgebung
an die Steuerelektroden mittels der Spule 36, wobei die Stärke der Impulse dem ganzen
Aufbau des Elektrodensystems, insbesondere der Größe und Lage der Elektroden 6.
im Verhältnis zu den Elektroden 5 und 3, derart anzupassen ist, daß eine Potentialsperre
nur in der Gegend derjenigen Elektroden, 6" 5, in Fig. 34, entsteht, deren
Spannung durch die Elektronenstrombelastung niedriger ist als die der übrigen Elektröden.
Die Äquipotentiallinie, der der Elektronenkanal folgt, verschiebt sich bei richtig
angepaßtem Impuls nur so weit, daß die Elektronen auf der Elektrode 6,1 auftreffen,
um dann durch den Spannungsabfall derselben, dank der Belastung 16,1, auf die Elektrode
5d weiterbefördert zu werden usw.
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Prinzipiell kann dieVerschiebung des Elektronenstromes durch an irgendeines
der Elektronensteuerungsmittel gegebene Impulse eingeleitet werden, auf welche Steuerungsmittel
oben hingewiesen wurde. Der Schaltsatz gewährt zusätzlich eine weitere Möglichkeit
der Verschiebung, nämlich -durch eine Änderung der Stromstärke des Elektronenstromes.
Eine Änderung der Stromstärke im Schaltsatz kann, wie oben dargelegt wurde, dazu
führen, daß .der Verlauf des Elektronenstromes urstabil wird, so daß er zur nächsteniElelctrodeweiterw
an.derfi. Eine Änderung der Stromstärke des Elektronenstromes kann mittels -eines
Gitters oder einer Regulierelektrode in der Elektronenquelle oder in deren Nähe
bewirkt werden, so z. B. mittels der Elektrode io in Fig. 34.
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In der Technik .der automatischen Telephonie ist -es gebräuchlich,
die Impulsgebung in Form von Impulsgruppen zu vollziehen, welche verschiedenen Fingereinstellungen
an der Wählerscheibe in einer mehrere Fingereinstellung erfordernden Nummer -entsprechen.
Diese verschiedenen Impulsgruppen können in verschiedener Weise zur Einwirkung auf
den Elektronenstrom gebracht werden. In der in Fig. 14 gezeigten Röhre kann diese
Einwirkung dadurch bewirkt werden, daß z. B. jede GruppenstI-werelektrod,e 7 und
jede horizontale Reihe von E.nheitssteuerelektroden 6 mit einem Schaltsatz verbunden
werden, wobei die Schaltsätze der Gruppensteuerelektroden und der Einheitssteuerelektroden
für verschiedsne Zeitkonstanten entworfen sind. Die Impulsgebung über -die Gruppensteuerelektroden
kann ,dann mit Impulsen erfolgen, welche eine verlängerte Dauer oder vergrößerte
Amplitude hab, n, so .daß jeder Impuls .den Elektronenstrom von einer zwischen zwei
Gruppens:teuerelektroden liegenden Abteilgruppe zur nächsten Abteilgruppe verschiebt,
Die Impulsgebung über die Einbeitssteuerelektroden wird mit kurzen oder kleinen
Impulsen vollzogen, von denen jeder den Elel@tron,enstrom nur um einen einem zwischen
zwei Eiriheit.ssteuerelektroden liegenden Abteil entsprechenden Schritt verlegert,
In
der in Fig. 16 gezeigten Röhre können ;die Impulsgruppen getrennt werden, indem
die Bahn des Elektronenstromes zu allen zwischen zwei Gruppensteuerelcktroden 7
befindlichen Elektroden durch Regulierelektroden io gesperrt gehalten wird, wobei
während der ersten Impulsgruppe die Regulierelektroden eine solche Spannung tragen,
daß der Elektronenstrom an jeder Gruppe als an einer Einheit vorbeifließt. Die Schaltung
der Regulierelektroden wird vor der Ankunft der zweiten Impulsgruppe geändert, so
daß der Elektronenstrom dann bei jedem Impuls nur von einer Kontaktelektrode 5 zu
der nächsten verschoben wird. Das gleiche Ergebnis kann erzielt werden, wenn. der
Elektronenstrom während der ersten Impulsgruppe hinsichtlich aller zwischen zwei
aufeinanderfolgende Gruppensteuerelektroden 7 fallenden Elektroden unstabil gemacht
wird, was durch eine Änderung des Potentials, das den Schaltsätzen dieser Elektroden
@aufgedrückt ist, oder durch eine Änderung der Pot.ntialhöhe des Elektronenstromes
oder dessen Stromstärke, wie vorher beschrieben, bewirkt werden kann.
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Die in Fig.34 gezeigte Elektronenröhre kann sich auch dazu eignen,
als Sucher in einem automatischen Tele@honsystem zu arbeiten. Die Schaltsätze sollten
in einem solchen Fall derart entworfen sein, daß der Elektronenstrom unstabil wird
und, wie oben beschrieben, automatisch von einer Elektrode zur anderen mit einer
Geschwindigkeit wandert, welche durch .die Zeitkonstante der Schaltsätze bestimmt
ist. Der Elektronenkanal kann bei irgendeiner .gewünschten Elektrode zum Stillstand
gebracht werden, indem der letzteren ein Potential aufgedrückt wird, welchen von
denjenigen der anderen Elektroden verschieden ist, oder indem die Wirkung des Schaltsatzes
der Elektrode vermindert oder z. B. durch Kurzschließen des Schaltsatzes unterdrückt
wird. Wenn keine Elektrode in dieser Weise anspricht, @so wandert der Elektronenstrom
weiter bis zur letzten Steuerelektrode 61 und wird von dieser Elektrode zur
Beschleunigungsanode :2 weitergeleitet, welche ihr Potential durch einen Schaltsatz
32 erhält. Durch seine Erregung verursacht dieser Schaltsatz eine Herabsetzung .der
Anodenspannung von kurzer Dauer. Dabei wird die Stromstärke des Elektronenstromes,
der von der Kathode ausgesandt wird, momentan herabgesetzt. Wenn der Strom erneut
zuzunehmen beginnt, hat die Steuerelektrode 61 bereits ihre normale Spannung
wiederangenommen, so daß der Elektronenstrom nunmehr zu der am weitesten entfernten
Elektrode 5" gelenkt wird und fortfährt, herumzuwandern. Wenn diese Art der Schaltanordnung
verwendet wird, so läßt sich das Elektronengerät als zyklisch arbeitender Schalter
oder Verteiler verwenden.
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Einige der Ausführungsformen der Erfindung können auf Wähler oder
Sucher in automatischen Telephonsystemen angewendet werden. Die jeder Lage des Elektronenstromes
entsprechende Kontaktgruppe umfaßt .dann zwei Kontaktpaare für die übermittlung
des Gespräches (vgl. Fig. 26 und 28). Anrufe, rasches Ansprechen, und Gesprächszählung
sow1° andere Vorgänge können aus den gleichen Gründen wie in mechanischen Wählern
über ein drittes Kontaktpaar in der Kontaktgruppe ausgeführt werden. Wenn nötig,
können weitere Kontaktpaare vorgesehen sein. Die Erregung der :gewünschten Kontaktgruppe
findet mittels des Elektronenstromes statt, weicher durch Impulse oder durch eine
mit Bezug auf Fig. 34 beschriebene Suchbewegung oder .durch eine direkte Einstellung
(vgl. Fig. 14) verlagert wird. Wegender Tatsache, .daß das Elektrodensystem in der
Art einer Honigwabe angeordnet sein kann, welche nicht notwendigerweise eben sein
muß, können mehrere Wähler in einer einfachen Weise auf zueinander parallelen Niveauebenen
angeordnet sein, wie dies Fig. 35 zeigt, welche weiter unten eingehender beschrieben
wird. Wegen einander entsprechenden Kontaktgruppen in einer Mehrzahl von Wählern,
welche im allgemeinen verbunden sein sollten, um eine Mehrfachschaltung zu bilden,
ist diese Anordnung in bezug auf Bauart und Zwischenverbindungen von Vorteil. Von
größerer Wichtigkeit ist jedoch, daß, wenn eine Vielzahl solcher eine gemeinsame
Mehrfachschaltung besitzender Wähler in demselben evakuierten Gefäß erhalten sein
sollen, die Anzahl der durch die Gefäßwandung führenden Leitungen auf einen Bruchteil
der sonst notwendigen Anzahl reduziert wird.
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Eine andere Anordnung für Anruf und Markierung in einer Anzahl Suchern
und Wählern, welche eine .gemeinsame Mehrfachschaltung haben, ist schematisch in
Fig. 35 dargestellt. In dieser Figur bedeuten A und B Sucher und F und G Wähler.
Jeder Teilnehmer (Telephonabonnent) a1, a2, a3 usw. ist .durch einen aus einer Impedanz
Z5 bestehenden Schaltsatz mit einer Kontaktgruppe in jedem Sucher und Wähler verbunden.
Die in oder Kontaktgruppe inbegriffenen Kontaktpaare haben die eine Kontaktelektrode
c1, mit der gemeinsamen Leitung des Suchers oder Wählers und die andere Kontaktelektrode
c2 mit dem Teilnehmer verbunden. Der Übersichtlichkeit wegen ist in .der Figur nur
ein Kontaktpaar in jeder Kontaktgruppe gezeigt. Die Kontaktelektroden für freie
Teilnehmer sind über die Impedanzen Z5 mit der Spannung -h ioo V verbunden. In den
Suchern sind Gruppensteuerelektroden und horizontale Reihen von Einheitssteuerelektroden
über Impedanzen Z, und Z7 an eine solche Spannung angeschlossen, daß in freien Suchern
der eine Potentialhöhe von P = -h i5o V besitzende Elektronenstrom von einer Elektrode
zur anderen in .der oben beschriebenen Weise im Sucher herumwandern wird. Die Kontaktelektroden
der freien Teilnehmer, welche eine tiefere Spannung als die Potentialhöhe des Elektronenstromes,
z. B. ioo V, haben, .sind unfähig, diesen Strom entgegenzunehmen. In den Wählern
kann .der Elektronenstrom zu der gewünschten Stelle gelenkt werden, indem die Spannung
einer Gruppensteuerelektrode und einer 'horizontalen Reihe von Einheitssteuerelektroden,
wie oben beschrieben, geändert wird. Der Elektronenstrom in .den freien Wählern
hat die
Potentialhöhe P = -h ioo V und kann somit an den Kontaktelektroden
der freien Teilnehmer bleiben.
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Bei einem Anruf durch irgendeinen Teilnehmer, wie z. B. as, wird .die
Spannung der Kontaktelektrode c2 .des Teilnehmers auf -f- i5o V erhöht. Wenn der
wandernde Elektronenstrom ,in einem Sucher auf eine in dieser Weise markierte Elektrode
auftrifft, steht er still. Darauf wird der Sucher mittels einer Ausrüstung, die
zu ihm gehört, in der Figur aber nicht gezeigt ist, auf die Potentialhöhe P = -I-
5o V gebracht. Durch einen Spannungsabfall in,der Impedanz Z5 des Teilnehmers wird
die Spannung der Kontaktelektroden c2- hinsichtlich dieses Suchers und anderer Sucher
und Wähler auf +5o V herabgesetzt, was dazu führt, daß dem anrufenden Teilnehmer
ein Zeichen zugeführt wird, das ihm anzeigt, daß er wählen kann. In der Figur wird
der Sucher B als in dieser Weise mit dem Teilnehmer a12 verbunden dargestellt. Der
in einem Wähler in diese Lage gebrachte Elektronenstrom hat-eine Potentiallhö!he
P = -f- ioo V und kann nicht auf der Elektrode c2 bleiben, wird aber auf eine benachbarte-
Elektrode c3 in der gleichen Kontaktgruppe verscho " ben (vgl. Fig.:28),
wobei ein Besetzt-2 signal ausgesandt h werden kann. In dem Fall, wo er Teilne mer
mehrere Leitungen unter einer gemeinsamen Gruppennummer hat, kann die Elektrode
c3 negativ sein, wobei der Elektronenstrom zum folgenden Abteil verlegt wird.
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Wenn anderseits der Elektronenstrom des Wählers zu einer Kontaktgruppe
eines freien Teilnehmers- gelenkt wird, @so bleibt der Elektronenstrom an der Elektrode
c2. Wie in dem Fall des Suchers wird hier eine Änderung der Potentialhöhe des Wählers
auf P = -h 50 V verursacht, und die Spannung der Kontaktelektroden c2 des
angerufenen Teilnehmers wird in allen Suchern und Wählern auf -1- 5o V herabgesetzt.
Dabei werden diese Elektroden für freie Sucher und Wähler, welche alle eine zu hohe
Potentialhöhe haben, unzulänglich sein. Der Wähler G ist,in der Figur als in dieser
Weise mit dem Teilnehmer ca14 verbunden dargestellt worden, welcher somit in den
verbleibenden Wählern als. besetzt markiert wird.
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Fig. 36 zeigt ein Elektronenentladungsgerät, das als ein zyklisch
arbeitender Schalter für die wechselzeitige Mehrfacht-1l-ephönie arbeitet. Jede
Kontaktgruppe besteht aus zwei Elektroden, von welchen die -eine, 5b, mit der gemeinsamen
Leitung 37 in Verbindung steht. Der von verschiedenen Telephonkanälen 5o hereinkommende
Sprechstrom wird zu den Kontaktelektroden 5" geleitet. Der Elektronenstrom wird
mittels über die Spule 36 gelieferter kurzer Spannungsimpulse von Abteil zu Abteil
verschöben. Solch ein Impuls setzt die Spannung der Kontaktelektrode, welche vom
Elektronenstrom getroffen ist, herab, so daß der Strom zu der auf deren rechten
Seite am nächsten liegenden Elektrod-e 6 verlegt. wird. Durch eine Änderung der
Spannung im entsprechenden Schaltsatz 16 verschiebt die Steuerelektrode 6 den Elektronenstrom
au tömatisch zur nächsten Kontaktgruppe, in welcher er -bleibt; bis der nächste
Spannungsimpuls erfolgt. Wenn der Elektronenstrom die letzte Steuerelektrode erreicht
hat, wird er in gleicher Weise, wie dies mit Bezug auf Fig. 34 beschrieben wurde,
in seine entfernteste Lage zurückverlegt. Das gleiche Elektronenentladunigsgerät
kann am Empfängerende der gemeinsamen Leitung zur Verteilung der Impulse der Mehrkanalimpulsfolge
auf .die verschiedenen Telephonleitungen verwendet werden.
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In der Mehrfachtelephonie ist es unter gewissen Bedingungen vorteilhaft,
auf der gemeinsamen Übermittlungsleitung ,mit Impulszeitmodulation zu arbeiten.
Eine-Ausführungsform der Erfindung für Mehrfachtelephonie mit Impulszeitmodulation
ist schematisch in den Fig. 37 und 38 dargestellt, von welchen Fig. 37 den Sender
und Fig. 38 den Empfänger zeigt.
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In Fig. 37 sind Steuerelektroden 6b, 6" 6d usw. durch Schaltsätze
16b, 16" 16d usw. mit einer Spannungsquelle verbunden. Diese Schaltsätze .sind ferner
mit einer der beiden Adern der gemeinsamen Übermittlungsleitung 37 verbunden. Die
Kontaktelektroden 5a, 5b, 5, usw. sind alle über die Schaltsätze 15a, i5b, 15" us.w.
und die Sekundärwicklung der Transformatoren 50a, 5ob, 50, USW. in den ankommenden
Telephonkanälen mit einer Spannungsquelle verbunden. Die momentane Spannung jeder
Kontaktelektrode wird somit in Übereinstimmung mit dem Sprechstrom im entsprechenden
Telephonkanal variieren.
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Wenn der Elektronenstrom auf eine der Steuerelektroden, wie z. B.
6b, auftrifft, wird Strom durch den Schaltsatz 16b fließen, was dazu führt, daß
einerseits ein Spannungsimpuls über die Ausgangsleitung .dieses Schaltsatzes in
die Leitung 37 gegeben wird und daß anderseits -die Spannung der Elektrode 6b rasch
abnimmt. Nach einem Augenblick ist diese Spannung so niedrig geworden, .daß .die
Basislinie des Blektronen.stromes zur Lücke zwischen der Elektrode 6b und der nächsten
Elektrode 5b verschoben wird. Ein Teil des Elektronenstromes fließt nun zur Elektrode
5b und durch den Schaltsatz 15b, in welchem er einen zunehmenden Spannungsabfall
verursacht. Die Spannung der Elektrode 5b beginnt mit einer Geschwindigkeit zu sinken,
welche durch die elektrischen Eigenschaften des Schaltsatzes i5b bestimmt ist. Wenn
die Spannung auf die Potentialhöhe des Elektronenstromes reduziert worden ist, wird
sich .die Basislinie dieses Stromes auf die rechte Seite der Elektrode 5b bewegen.
Der Elektronenstrom wird dann mit .der Steuerelektrode 6, in Berührung kommen und
durch .dieselbe rasch aufgenommen werden. Gleichzeitig wird vom Schaltsatz 16, der
Steuerelektrode 6, ein Impuls durch die Leitung 37 gesandt. Die Zwischenzeit zwischen
diesem Spannungsimpuls und dem vorhergehenden ist durch die Zeit bestimmt, welche
die Spannung der Elektrode5b benötigt, um auf die Potentialhöhe des Elektronenstromes
zu ,sinken. Diese Zeitspanne hängt ihrerseits von der Spannung ab, bei welcher die
Spannungsabnahme begonnen 'hat, nämlich der momentanen, durch den: Transformator
50b gelieferten Spannung, wobei sich versteht, daß diese
Spannung
während der kurzen Zwischenzeit zwischen zwei Impulsen als konstant betrachtet werden
kann.
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Der Elektronenstrom wandert in dieser Weise von einer Elektrode zur
anderen. Bei jeder Steuerelektrode wird ein Impuls durch die Leitung gegeben, und
die Zwischenzeit zwischen den Impulsen ist durch die von den Telephonkanälen an
die Kontaktelektroden gegebenen momentanen Spannungen bestimmt. Nachdem der Elektronenstrom
die letzte Steuerelektrode 6p passiert hat, wird er mittels eines mit der Anode
2 in Serie geschalteten Schaltelementes 32 zur ersten Kontaktelektrode 5a in der
in bezug auf Fig.34 beschriebenen Weise zurückversetzt. In alternativer Weise kann
das Schaltelement 32 eine Synchroni.siervorrichtung sein, welche den Elektronenstrom
periodisch zurückversetzt und gleichzeitig einen Synchronisierimpuls übermittelt.
Die in die .Leitung gehenden Impulse können irgendeine komplizierte Wellenform haben,
indem die Kontaktsätze der Steuerelektroden gemäß den in der Technik der Filter
bekannten Prinzipien entsprechend gebaut sind. Der mit der letzten Steuerelektrode
61 verbundene Schaltsatz 161 kann in einer Weise gebaut sein, die von der
Bauweise der übrigen derart abweicht, daß der von ihm durch die Leitung gegebene
Impuls einen Charakter haben wird, welcher von denjenigen der übrigen Impulse verschieden
ist und als ein Synchronisierimpuls dienen kann. Die Impulse können z. B. die in
Fig. 39 ;gezeigte Form haben, worin 39b, 39c, 39,1, 39e und 391 von den Steuerelektroden
6b, 6" 6d, 6e und 6f ausgehende Impulse bezeichnen.
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Auf der Empfängerseite gemäß Fig. 38 werden die ankommenden Impulse
zu den unter sich verbundenen Kontaktelektroden 5" 5b, 5, usw. geleitet.
Die Steuerelektroden 6Q, 6b, 6, usw. sind über die Schaltsätze 16Q, i6b,
16, usw. mit den weggehenden Telephonkanälen verbunden, wobei die Schaltsätze so
gebaut sind, daß die Lage des Elektronenstromes an den Steuerelektroden unstabil
wird. In der Zwischenzeit zwischen zwei Impulsen wird die Basislinie des Elektronenstromes
zwischen eine Steuerelektrode und die nächste Kontaktelektrode, wie z. B. zwischen
die Elektroden 6b und Sb, gelangen, und der Strom wird auf diese beiden Elektroden
verteilt werden. Ein ankommender Impuls vermindert die Spannung der Elektrode Sb,
welche dann den Elektronenstrom mit der Steuerelektrode 6, in. Berührung
bringt. Dies verschiebt den Strom im Sinn. der Reihenfolge sofort auf die Kehrseite
der Steuerelektrode, wo er auf die Elektroden 6c und 5,verteilt wird. Nach einem
kurzen Augenblick hat der Strom durch die Elektrode 6c einen konstanten Wert erreicht
und fließt dann während einer Zeitperiode, welche durch die Zwischenzelt bis zum
nächsten Impuls bestimmt ist, zum angeschlossenen Telephonkanal. Die Elektrizitätsmenge,
welche jedem Telephonkanal zugeführt wird, während der Elektronenstrom auf der entsprechenden
Kontaktelektrode bleibt, wird somitder Zwischenzeit zwischen .den Impulsen proportional
sein. Bei Verwendung des Synchronisierimpulse:s wird derselbe durch einen Filtersatz!
38 empfangen, in welchem er eine momentane Abnahme der Anodenspannung verursacht,
welche den Elektronenstrom zur Elektrode 6, zurückversetzt. Wenn kein Synchronisierimpuls
verwendet wird, kann der Elektronenstrom mittels der gleichen Anordnung zurückversetzt
werden wie im Sender.
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Die in den Fig. 37 und 38 gezeigte Anordnung arbeitet ,gleichzeitig
als Schalter und als Mo:dulator bzw. Demodulator. Im Vergleich mit den mit einer
konstanten Geschwindigkeit rotierenden Schaltern weist die beschriebene Anordnung
den weiteren Vorteil auf, daß sich ihre Geschwindigkeit der Dauer der Signale anpaßt,
so daß deren ganzer Kreisprozeß für eine leistungsfähige Signalübermittlung verwendet
werden kann.
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Die impulsbetätigten Anordnungen gemäß bestimmten Ausführungsbeispielen
sollen nicht auf die oben beschriebenen Anwendungsgebiete beschränkt sein, sondern
können auch für andere Zwecke verwendet werden. Sie können somit unter anderem als
Zähler- oder Meßvorrichtung für wiederholte Vorgänge verwendet werden, z. B. in
Verbindung mit einem Geiger-Müller-Zähler. Beispielsweise eignet sich die in Fig.34
gezeigte Elektronenröhre für diesen Zweck. In diesem Fall werden die zu zählenden
Impulse durch :die Spule 35 eingeführt. Von der Röhre wird für jeden Kreisprozeß
ein Impuls entgegengenommen, z. B. in Verbindung mit der Abnahme der Anodenspannung,
welche den Elektronenstrom in seine Ausgangslage zurückversetzt. Diese Impulse können
dann der Reihe nach durch eine andere Elektronenröhre oder ein mechanisches Meßgerät
gezählt werden.
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Es ist oben dargelegt worden, daß der Elektronenstrom nicht nur zwischen
verschiedenen Elektroden verschoben werden kann., sondern daß seine Verteilung auf
verschiedene, von ihm gleichzeitig getroffene Elektroden variiert werden kann. Solche
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes können somit als Verstärker verwendet
werden, wobei die Spannung oder der Strom, welche verstärkt werden sollen, der Elektronensteuerungsvorrichtung
zugeführt wird, oder auch als Oszillatoren. verwendet werden, entweder durch Anordnung
einer Rückkopplung von einer oder mehreren Elektroden, auf die .der Elektronenstrorm
einwirkt, mit der Elektronensbeuerungsvorrichtung oder durch Anwendung der oben
beschriebenen Dynatron-Charakteristik (vgil. Fig.7). Die Fig.4o gibt ein schematisches
Beispiel für den einen dieser beiden Haupttypen.
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In Fig. 40 ist die Steuerelektrode 6 über einen Schwingungskreis L6,
C6 mit der Spannungsquelle verbunden. Wenn die Gleichstromspannung der Elektrode
in denBereichderDynatroncharakteristik fällt (vgl. die Kurve i5 c zwischen
den Lagen hm und h, in Fig. 7), so wird die Elektrode 6 Eigenschwingungen beginnen
und :den Elektrodenstro.m abwechslungsweise zwischen den Elektroden 5" und Sb verschieben.
Die Leistung wird: :durch die Spule L2 abgenommen.
Durch die mehrfachen,
in beschriebenen Elektronenröhren vorgesehenen Elektronensteuerungsvorrichtungen
ist es möglich, dem Elektronenstrom von mehreren verschiedenen Quellen ausgehende
Schwankungen zu überlagern. Die Elektronenröhre kann dabei als Mischröhre angewendet
werden. Prinzipiell können dann alle oben beschriebenen Elektronensteuerungsvorrichtungen
verwendet werden. Fig. 41L zeigt ein Ausführungsbeispiel, in welchem die Schwingungen
zwei Steuerelektroden 6" und 6b zugeführt werden. Die Hauptfrequenz wird im Schwingungskreis
L"" C6, erzeugt, und die Modulationsfrequenz wird durch die Vorrichtung 33 geliefert.
Die modulierte Leistung wird durch die Spule L2 abgenommen.
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Fig.42 zeigt eine der Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes,
in welcher die Änderungen in der Lage des Elektronenstromes auf einem Fluoreszenzschirm
oder einem photographischen Film 41 angezeigt werden. Der Elektronenstrom wird durch
eine Elektronenquelle2i erzeugt, welche als Elektronenkanone gebaut sein kann. Die
Geschwindigkeit der fortschreitenden Bewegung des Elektronenstromes wird mittels
einer durch eine Batterie B2 aufrechterhaltene Spannungsdifferenz zwischen den Elektroden
3 und 6 erzielt. Zwischen dem Schirm 41 und dem davor angeordneten Gitter 42 besteht
eine durch Anzapfungen an der Batterie .Bi aufrechterhaltene Spannungsdifferenz.
Diese Spannungsdifferenz beschleunigt die Elektronen in der Nähe des Schirmes und
erhöht dadurch die Wirkung der auftreffenden Elektronen. Dieses Gitter kann jedoch
weggelassen werden. Die auf dem Schirm anzuzeigenden Größen der elektrischen Spannung
werden durch die Vorrichtungen 43 und 44 zugeführt. Die erstgenannte Vorrichtung
verlagert den Elektronenstrom vertikal, wogegen die letztgenannte den Strom horizontal
ablenkt.