DE893099C - Anordnung zum Betrieb von gittergesteuerten Vervielfachern - Google Patents

Description

• Anordnung zum Betrieb von gittergesteuerten Vervielfachern Es ist @belkan.n,t, in spann.untc"rsgesteuerten Entladutigs,röliren :eine Erhöhung des gesteuerten Stroms durch ein- oder cmeh,nmalige Sekundärelektronen erzeugung vorzunehmein. Mit -den bekannten sekun d.äremittieren.den Schichten is.t es leicht mögltich, von sehr IkleinenStrömen derGrößenordnung io--6A oder weniger durch Vervielfachung Ströme zu erzeugen, -tlie von gleicher Größenordnung sind. wie die Anodenströme üblicher Verstärker- oder kleinerer Senderöhren. Beträgt die Steuersteilheit in der hingangsßtufe eines Vervielfacliers sniA/V, so wird durch die Vervielfachung nicht nur der Stromi. sondern ini gleichen Maße auch die Steilheit c l^höli t.
• Dabei kommt e: nun ganz besonders auf das Verhältnis an., wenn i der Ruhestrom im Eingang des Vervielfachers ist. Jas Verhältnis Steilheit zu Ruhestrom .muß groß gewählt werden, wenn .man eine hohe Steilheit iim Ausgang erhalten will. Das liegt daran, daß der Vervielfachung durch den höchstzulässigen Ausgangsstrom eine Grenze gesetzt ist. Ein höherer Ausgangsstrom würcle die empfindlichen T'ralloherflächen zerstören. je niedriger .der Ruhestrom im Ausgang ist, .desto kleiner können die Alrtnessun:gen der Röhre und die Belastung des \Tetzans,clilußger<ite. gehalten werden.
• Das Verhältnis zwischen Steilheit und Ruhestrom liegt nun bei normalen Verstärkerröhren für diesen Verwendungszweck außerordentlich. ungünstig. Es ist in fast allen Fällen kleiner als i V-i, sogar kleiner als '/z V--1, wenn man die Steilheit in Nfilliampere je Volt, den Ruhestrom in Milliampere mißt. Zur Verhe.erurng diese, Wertes ist es heikannt, -tici

  einem spannungsgesteuertrli Vervielfache, den

  Arbeitspulikt in das AiiIaufstronigebiet zu verlegen.

  wodurch das genannte Verhältnis sich bis auf etwa

  io V-1 vergrößern läßt. Man erhält auf diese Weise

  Röhren, die i.ni Ausgang bei nur io in.a Strom

  .Steilheit-en bis zu too niAA- aufweisen und eilte

  lt,m@al größere Steilheit bei ehieni u-nial größeren

  Ausgangsstrom. Das Verliiiltnis zwischen Steilheit

  und Ruhestruin ist ini Aus-an- natürlich dasselbe

  wie in der Steutrstufe. da Stro-iil und Steifheit

  durch die A"-rrvielfachung bin gleichen Mälae erhöht

  werden.

  Es ist ferner eine Röhre bekannt. die finit einem

  Verhältnis: Steifheit zu Ruhestrom von etwa 1.5 V-1

  ,und .; ilicl' riinstuiien Verstärkung durch SeQ;un.där-

  emissioll arbeitet. Das Ziel dieser Entwicklung war.

  eine I3.etriebsspaltilung voll 250 X" illögliclis,t nicht

  zu izberschreitz#ii, und in diezeeln Fall erwies :ich

  eine mehrmalige 1'1l Stärkung an t'i`allcle!l:trndeii

  als ulrzweckm@il.iig. I)ie Steilheit erreicht in dieselil

  Fall etwa 1.2 llt.@@\' bei S 31i:\ Ausgangsstroh.

  Aufgabe c111` Erfindung ist cs, eilte Röhre

  größerer Steilheit 11L'1"l.Li#tf'lltll und dabei den .'\.111-

  wand für die Verstärkulig durcht'kundärcmission.

  insbesondere dis 13ttrielisspannung der @cilire,

  .Inögliclist klein zu 'halten. Eingehende Unter-

  suchutlgen haben gezeigt. daß für e111('. @"UI'gegeilell@'.

  aus Kathode und Steuergitter bestehende Aiiordliull;g

  zur Erzielung möglichst günstiger I?rgelmiae die

  Bemessung der -lieldstär'lce in der Steuergitter-

  fläche, soweit sie Von den atilaerbalb -des Steuer

  gittern liegcnr-Icit 1?i@ktrodcn herrührt, von wesent-

  l:clicr Bcd:utung ist. 13e1.inc'r bestimmten Kon-

  strul@i@in dtr .@usgaitgselektroden darf der Aus-

  gangsstroni schon wegen der begrenzten 13eIastbar-

  l:eit der Elektroden einen - gew =isseil -Höchstwei`t

  nicht überschreiten. Irin bestimmter Anodenstrom

  Ican.n je nach der Größe des Primärelektronen-

  stronis finit einet- holten oder mit einer geringen

  Verstärkung durch Sekundäremission, d. 11. mit

  einem größeren oder kleineren Spannungsaufwand

  erreicht werden. Da die erzielbare Steilheit, aber

  auch der notwendige Aufwand um so größer ist, je

  kleilier der hingangsstroni gewählt wird, so folgt,

  daß eine große SteiIfheit .hei vorgegebenem zu er-

  reichendem Anodenstrom auch einen. großen

  Spannungsaufwand für die Verstärkung des Ein-

  durch iclli erfordert.

  I)ttrch den 1?rflnduli,#rsgegeiistaii.cl wird nun ein

  inögiichst günstige)' Ausgleich zwischen den Forde-

  rungen nach großer @tL#ilheit und 'kleiner Betriebs-

  spannung geschaft,-ii. Iii ihr Praxis wird inan für

  den I3ttl'iüb der Röhre einen bestinnnten liiaxiii`r<11eii

  AusgargSstroin und eine be#tlillli:te geforderte

  Steilheit ini Ausgang zugrunde legen. I)ai'ausergibt

  sich das Verhältnis . I?s l;ana@lt sich null darum.

  i

  aeti E:ngangsstron1 @tl fl#stzüi@egen. (1a13 die ge-

  forderte @te1111@It 111:t eiltet' Illöglichst geringen N -er-

  durch durch @ekuildireauis-un erreicht wird.

  1)1r I#::n@an;@s>,tnnii liüllgt aller :.@#iitrrscits, wie er-

  wähnt, Volt der Feldstärke in der #Steuergittcrflächc

  aii, s()\stit sie von dcii außerhalb des Steuergitters

  liegenden Elektroden 'herrührt. .Je .größer die Feldstärke ist, uni so größer ist auch der Eingangsstrom.
• Uni gittergesteuerte Vervieifacher, Ilei denen da: Verhältnis Steilheit zu Ruhestrom eitlen vorge,L;ebenen Wert größer als 2 XI-1 aufweist, anit möglichst kleiner Ciesaintspannung zu betreiben, ist bei solcheil Anordnungen gemäß der I?rfilidulig die Feldstärke in .der Steuergitterfläche, soweit sie voll den außerhalb]) des Steuergitters liegenden Elektroden herrührt. derart bemessen. 'daß der in der Steuerstufe fließende Strom größer ist als die kleinere der beiden Grüßen wenn F die Emissionsfläche der dletiutzten Kathode in Ouadratzeiitini-eter bedeutet. Insbesondere kann bei kleinem gefordertem Aussteuerbereich die Feldstätike so Nennessen werden. Jaß für die vorgegebene Gitter-Kathoden-Anordnung und ein vorgegebenes Verhältnis größer -als 2 der Eingangsstrom i ein \Iaximuan wird.
• Um die Feldstärke auf den nach dieser Regel notwendi-geii Wert zu bringen, )kann die geometrische Anordnung der I:Icktroden oder 9:ö nnen die Spannungen geändert werden. Daß sich durch eilte Ilrhöllung der Spannung der .die Gitter-Klathoden-Anordnung umgellenden Elektroden die Feldstärke erhöhen läßt, ist 'klar, ebenso wie durch eilte Aihstandsverringerung dieser Ele'l;ti'ocleii. Iss ist aber auch möglich. besondere Ililfsele9:treden allzubringen, uni die notwendige Felidstärke einzustellen. Diese hängt darin voll Abstand, Größe und Spannung dieser Hilfselektroden und von Abstand. Größe und Spannung der Eingangselektrode' des @rei`viclfacliers a1). Eine Besonders günstige Ausführungsforln des I?rfiii-cl-ungsgegenstandes besteht darin, die :Anordnung geoanetrisch so zu gestalten. daß die betreffende Feldstärke lieb einer Spannung der erst-eil E'rallelektrode von Klo Iris. 2,oo V gegenüber der Kathode erreicht wird. Dieser Bereich ergibt sich daraus. daßkleinere .-\uftreffgesdllvindihkcitenkeine genügen.dcel:undäreanission mehr er-Bedien. während höhere zu bed°utelld größeren Gesanitspannungen führen, ohlie eine entsprechende @'@rgrößerung der Verstälikulw zu bewirken.
• An Fand der Figur sollen die allgemein gege.hellen 13ellressungsvorschriften näher erläutert werden. Sie zeigt als Abszisse die .'#;teuerspanliung U, und als Ordinate den in liogarithnlischem Maßstall auf getragenen ringangsstroni i in den .Se(kundärefektronenvervielfachcr. 'a sind für eine ulrd dieselbe Elektrodenatiordnung verschiedene Kurven eiiigezeicliilet. hei dellen die Feldstärke in der Steuergitterfläche der Parameter ist. :Die Feld. stiirke ist u:1 so größer, je `höher die Kurve liegt. L)ie Kurven. müssen alt der fertig formierten Röhre geniesseil werden. da sonst nachträglich Verschiebungen durch Kontaktpotentiale auftreten können. Unter I#eItistir'I:c# in der Steuergitterfläche ist nach wie vor nur die von den außerhalb des Gitters liegenden Elektroden herrührende Feld-*ä rke ztl verstehen. I?s ist leicht einzusehen, rlaß .s t für jeden Kurvenpunkt ein bestimmtes Verhältnis besteht, das sich in einfacher Weise als .Steigung der an die Kurve in dem betreffenden Punkt gelegten Tangente ergibt Während nun bei normalen Verstärkerröhren, die im Raumladegebiet R arbeiten, d. h. in einem Gebiet, in dem ein gilt, das Verhältnis Werte hat, die kleiner als i sind, ist es in :dem stromgebiet bei kleineren A, wie U-Werten: man auch liegenden aus den Anlauf- Kurven ersieht, @möglich, höhere Werte (bis .zu io) zu erhalten. Für eine ibestimmt gewählte Feldstärke in der Steuergitterfläche, d. h. für eine bestimmte Kurve der Figur., hängt dieses Verhältnis nur noch von der Größe der -Gittervorspannung a#b. Man liest aus der Figur ab, daß :bei größeren negativen Vorspannungen ein größerer Wert und somit eine größere Steilheit vorhanden ist, aber auch ein kleinerer Strom. Liegt also die Gitter-Kathoiden-Anordnung fest und wird. eine Röhre einer bestimmten Ausgangssteilheit gefordert, etwa bezogen auf einen Ausgangsstrom von iomA, so sind damit im gekrümmten Teil der Kurven die Gittervorspannung und der Eingangsstrom bestimmt, sobald die Feldstärke in der Steuergitterfläche festgelegt wird.
• Es ist daher vorteilhaft, die Feldstärke in der Steuergitterfläche so festzulegen, d. h. unter den gezeichneten Kurven eine Kurve bzw. Kurvengruppe derart auszuwählen, daß die Verstärkung durch Sekundäremission und damit die aufzuwendende Gesamtspannung möglichst klein werden.
• Nach den angestellten Versuchen läßt sich dies dann erreichen, wenn mran sich auf Kurven he schränkt, für die der Eingangsstrom bei einem vorgeschriebenen Wert den von abhängigen Wert überschreitet. Diese Größenangabe gilt für eine zumeist übliche Kathodengröße von etwa i cm2 Emissionsfläche, die man normalerweise auch nicht überschreiten wird. Natürlich würde es möglich sein, auch eine größere Kathode einzubauen mit entsprechend höherer erforderlicher Heizleitung. Auch in diesem Fall soll gemäß der Erfindung der Eingangsstrom oberhalb des angegebenen Wertes liegen.
• In anderen Fällen kann. es erwünscht sein, mit ildeineren Kathoden zu arbeiten, sei es um die Heizleistung niedrig zu halten oder auch! um die Kapazität und den Ohmschen Leibwert des Gitters klein zu -halten. Iin diesem Fall soll der oben angegebene Wert ersetzt werden, wenn F die emittierende Fläche :der Kathode in Quadratzentimeter bedeutet, da der Eingangsstrom. des Vervielfachers mit der herabgesetzten Größe :der emittierenden Fläche abnimmt.
• Besontders günstige Werte ergeben sich, wenn man für die geforderte Ausgangssteilheit bei festem Ausgangsstrom, d. h. also für einen gegebenen Wert den Strom i maximal wählt. Wird: der Strom nach der oben angegebenen Regel bemessen, so fällt das Maximum für i jeweils in den durch die Werte bzw. begrenzten Bereich, wenn übliche Gitter-Kathoden-Anordnungen benutzt wer-den. Das Maximum, ist für einen gegebenen Wert leicht zu ermitteln, indem man :die -denn vorgegebenen Wert entsprechende Tangente an die einzelnen Kurven der Figur anlegt und unter den Kurven diejenige auswählt, bei der der Berührungspunkt in Ordinatenrichtung am höchsten liegt. Durch diese Kurve ist die gemäß der. Erfindung einzustellende Feldstärke in der Steuergitterfläche ibestimmt.
• Die nach der Erfindung erforderliche Mindeststärke für den in der .Steuerstufe fließenden, einem bestimmten Wert von zuzuordnenden Strom läßt sich in der Zeichnung durch die Waagerechte W-W darstellen. Ferner sind bei fünf verschiedenen Kurven die Punkt- -P eingezeichnet, die den betreffenden Wert aufweisen. Nach der Erfindung soll nur auf den Kurven gearbeitet werden, die die zwischen der Linie W -W und ,der Verbindung der Punkte P liegende schraffierte Fläche durchsetzen. Eine Vorzugsstellung nimmt die Aden Punkt Pf.,, enthaltendeKurve ein,da man hier mit der kleinsten Verstärkung durch Sekundäremission auskommt.
• Soll insbesondere die -Größe den höchsten, überhaupt erreichbaren Wert 'haben, so wird man auf den Kurven der Zeichnung jedesmal ,den Punkt Q ermitteln, an dem sie aus dem steilen, im wesentlichen geradlinigen Teil in den flacheren, ge-(krümmten Teil übergeht. Der am höchsten gelegene Punkt Qm", ist .dann am günstigsten, .da hier bei maximaler Steilheit der maximale Strom fließt und daher die geringste Vervielfachung erforderlich ist.
• Es bleibt nun lediglich übrig, die Elektrodendimensionierung so zu wählen, -daß bei einer Spannung der ersten Prallelektrode von fxo bis zioo V gegenüber der Kathode die erforderliche Feldstärke in der @Steuergitterfläche vorliegt. Dies ist durch Hilfselektroden stets @zu erreichen. Eine zweckmäßige Ausbildung der `Hilfselektrode besteht ,z. B. in einem weitmaschigen, vom Strom durchsetzten, um die, Gitter-Kathoden-Anordnung herumgelegten,Gitter, das eine niedrigere Spannung erhält als die erste Prallelektrode.
• Als Beispiel sei angegeben, daß es bei Innehaltung der beschriebenen Bemessungsvorschriften möglich ist., eine Röhre von 45 mA/V Steilheit bei io mA Anodenstrom "herzustellen ,mit einer etwa nur 4o@fachen Verstärkung durch,Sekundäremission. Baut man den Versvielfacher in bekannter Weise aus Netzen mit einer Prallplatte am Ende der Entladungsbahn auf, so ist erfahrungsgemäß an jedem Netz bei etwa 7o V Spannungsdifferenz eine Stromverdopplung und :an der Prallplatte mit 7o V eine Verstärkung um das 41/2fache zu erreichen. Mithin läßt sich mit drei Netzen und einer Prallplatte schon eine Versechsunddreißigfachun:g des Stroms erreichen, und hierzu wäre eine Gesamtspannung von nur 350 V erforderlich.
• Der erhebliche . technische Fortschritt, der sich mit Hilfe .der Erfindung erreichen läßt; ist hieraus klar ersichtlich. Die Erfiu.dung umgeht auch. -eine S,chwieriAceit, die sich bei Verwendung zu. vieler sekundäremittierender Schichten einstellt und die leicht aus folgender Überlegung hervorgeht: Werden etwa 20 Prall-stufen benutzt und findet an jeder Prallel:ektrode, sei es durch .den Ele:ktronenraufpr all oder auch durch andere Vorgänge, eine gleichsinnige Veränderung der -Sekundäremission. von nur -etwa 20/0 statt, so bedeutet das bei 20 Schichten schon eine Gesamtänderung von 48% (1,o220 _ i,48). Eine solche Fälschung kann bei Verwendung nur weniger Stufen nicht mehr auftreten.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Anordnung zum Betrieb von gittergesteuerten Vervielfachern, bei denen Idas Verhältnis Steilheit zu Ruhestrom einen vorgegebenen Wert größer als 2V--1 aufweist, mit mö@glnchst kleiner Gesamtspannung, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldstärke in der Steuergitterfläche, soweit sie von den außerhalb des Steuergitters liegenden Elektroden herrührt, derart bemessen ist, daß der in der .Steuerstufe fließende Strom grrößer ist als die kleinere der beiden -Größen wenn F die emittierende Fläche .der Kathode in Quadratzentimeter bedeutet.
2. 2. Anordnung zum Betrieb von gittergesteuerten Vervielfächern, bei denen das Verhältnis Steilheit zu Ruhestrom einen vorgegebenen Wert größer als 2 V-1 aufweist, mit möglichst kleiner Gesamtspannung; dadurch gekennzeichnet, daß die Feldstärke in der Steuergitterfläche, soweit sie von den außerhalb des Steuergitters liegenden Elektroden herrührt, derart (bemessen ist, d!aß der in der Steuerstufe fließende Strom. den erreichbaren maximalen Wert annimmt oder im Bereich des Maximums liegt.
3. 3. Anordnung nach Anspruch i oder 2, .dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung :der in der Steuergitterfläche notwendigen Feldstärke Hilfselektroden vorgesehen sind.
4. 4. Anordnung nach Anspruch, 3,, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitter-Kafh oden-Anordnung von einer auf niedrigerem Potential als die erste Prallelektrode liegenden Hilfselektrode umgeben ist, die als weitmaschiges, vom Strom durchsetztes Gitter ausgebildet ist.
5. 5. Anordnung nach Anspruch i oder 2, dar durch gekennzeichnet, daß der zur Verstärkung des gesteuerten Stroms dienende Vervielfacher aus drei oder vier Prallnetzen und einer diesen in der Entladungsrichtung folgenden Prallplatte besteht, zwischen denen eine Spannungsdifferenz von jeweils etwa 70 V vorhanden ist.