DE901088C - Pendelvervielfacher - Google Patents

Pendelvervielfacher

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Publication number
DE901088C
DE901088C DEF4620D DEF0004620D DE901088C DE 901088 C DE901088 C DE 901088C DE F4620 D DEF4620 D DE F4620D DE F0004620 D DEF0004620 D DE F0004620D DE 901088 C DE901088 C DE 901088C
Authority
DE
Germany
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impact
electrons
multiplier
multiplier according
period
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Expired
Application number
DEF4620D
Other languages
English (en)
Inventor
Dr Rolf Colberg
Dr Fritz Michels
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch Fernsehanlagen GmbH
Original Assignee
Fernseh GmbH
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Publication date
Application filed by Fernseh GmbH filed Critical Fernseh GmbH
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Application granted granted Critical
Publication of DE901088C publication Critical patent/DE901088C/de
Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J25/00Transit-time tubes, e.g. klystrons, travelling-wave tubes, magnetrons
    • H01J25/76Dynamic electron-multiplier tubes, e.g. Farnsworth multiplier tube, multipactor

Description

(WiGBl. S. 175)
AUSGEGEBEN AM 7. JANUAR 1954
F 4620 VIIIc 12ig
Pendelvervielfacher
(Ges. v. 15. 7. 51)
Bei den Sekundärelektronenvervielfachern werden 'zwei Hauptgruppen unterschieden. Die statischen Vervielfaciher sind durch eine Mehrzahl von Prallelektroden gekennzeichnet, die an zeitlich konstanten und von Stufe zu Stufe zunehmenden Potentialen liegen. Jedes einfallende Elektron wird in jeder Stufe nur einmal vervielfacht. Die dynamischen Vervielfacher haben dagegen in der Regel nur eine oder zwei Pralletektroden. Sie werden mit einer Wechselspannung betrieben, und zwar derart, daß an ein und derselben Prallelektrode, die längs ihrer Oberfläche in jedem Augenblick dasselbe Potential aufweist, jedes Elektron mehrmals vervielfacht wird.
Die Erfindung betrifft in gewissem Sinne einen Zwischentyp zwischen den beiden erwähnten Arten.
Die im folgenden beschriebene Anordnung ist insofern ein Pendelvervielfacher, als sie gewissermaßen mit nur einer Prallelektrode arbeitet, an der eine Wechselspannung liegt. Sie hat jedoch mit den bekannten Reihenvervielfachern gemein, daß die Elektronen nach jedem Aufprall eine neue Richtung einschlagen und die Anordnung auf einem vorgeschriebenen Weg der Länge nach durchlaufen.
Während 'bei einem normalen Pendelvervielfacher die Entladung diffus vor sich geht und praktisch den .ganzen Entladungsraum ausfüllt, bewegen sich die Elektronen bei der Anordnung der Erfindung in genau definierten Bahnen. Es wird1 dadurch erreicht, daß die maximal auftretende Stromdichte wie bei einem Reihenvervielfacher nur durch die von der letzten Prallfläche herrührenden Elektronen
bestimmt wird, da eine Überlagerung mit den Elektronen, die von früheren Prallvorgängen herrühren, nicht möglich ist. Infolgedessen können manche Schwierigkeiten, z. B. die bei normalen Pendelvervielfachern vorhandene Schwingneigung, beseitigt werden. Ferner wird es möglich, einen gut gebündelten Ausgangsstrom zu erhalten, der auf eine verhältnismäßig kleine Anode gerichtet oder durch eine Blende weitergeleitet werden kann, ίο Es sind Vervielfacher bekannt, bei denen durch geeignete WaM des zeitlichen Spannungsverlaufs ein mehrmaliger Aufprall der Elektronen auf eine einzige Prallelektrode bewirkt wird, neben der keine weiteren Prallelektroden vorhanden sind. Hierfür kommt insbesondere das Verfahren der langen Periode in Frage, bei dem die Periode der angelegten Wechselspannung lang ist gegen die zur einmaligen Durchquerung des Entladungsraums erforderliche Laufzeit. Bei diesem Verfahren kommt eine Verao vielfachung während des ansteigenden Teils der Wechselspannungsperiode dadurch zustande, daß die Prallelektrode nach jeder Durchquerung ein höheres Potential angenommen hat, so daß die Elektronen zwar wieder auf die gleiche Elektrode, aber mit zur Auslösung von mehreren Sekundärelektronen hinreichender Geschwindigkeit auftreffen. Während des absteigenden Teils der Schwingung findet keine Vervielfachung statt.
Der im folgenden beschriebene Vervielfacher weist zwei einander gegenüberliegende Reihen nacheinander durchlaufener Prallelemente auf, und sämtliche Prallelernente besitzen untereinander stets dasselbe Potential. Erfmdungsgemäß schließen die Prallelemente jeder Reihe aneinander an, und es sind ihnen durchbrochene Beschleunigungselektroden parallel vorgelagert, die unter sich ebenfalls dasselbe Potential führen und einen praktisch feldfreien Raum umschließen.
Die Zeichnung dient zur näheren Erläuterung der Erfindung.
Fig. ι zeigt als Ausführungsbeispiel eine Röhre, Fig. 2 eine abgewandelte Form für die den Entladungsraum begrenzende Prallelektrode, während Fig. 3 zur Erläuterung des Spannungsverlaufs zwischen Prall- und Beschleunigungselektrode dient. In der Röhre 1 der Fig. 1 sind mit 2 konkav gewölbte Prallelemente bezeichnet, die fortlaufend aneinander anschließen und gleiches Potential führen. Sie sind in zwei einander gegenüberliegenden Reihen angeordnet, wobei auch die beiden Reihen stets dasselbe Potential führen. Zweckmäßig sind sie durch metallische Querwände miteinander unmittelbar verbunden, die den Entladungsraum nach den Seiten hin abschirmen. Die durch die Gesamtheit dieser Teile gebildete Prallelektrode stellt dann einen Kasten dar, der bis auf die Ein- und Austrittsöffnungen für das Licht bzw. die Elektronen vollständig geschlossen ist. Innerhalb dieses Kastens parallel zu den Prallelementen ist ein weitmaschiges, z. B. eine Masche je Millimeter, dünndrähtiges, Durchmesser z. B. V10 mm oder weniger, Beschleunigungsgitter 3 vorgesehen, welches auch vor den beiden in der Zeichnung nicht dargestellten Seitenwänden angeordnet sein kann. Gegebenenfalls ist ein Rost aus parallel zur Zeidhenebene verlaufenden Drähten verwendbar, während die Querdrähte fehlen oder in -ihrer Zahl vermindert sind. Die Primärelektronen werden durch Belichtung des am weitesten links gelegenen Prallelements der oberen Reihe erzeugt. Zu diesem Zweck ist ein Umlenkspiegel 4 in die Röhre eingebaut. Die Ausgangsanode ist mit 6 bezeichnet. Sie ist über den Ausgangswiderstand 9 mit einer Gleichspannungsquelle 8 verbunden, deren negativer Pol über die Wechselspannungsquelle 7 an die Prallelektrode 2 angeschlossen ist.
Die Spannungen sind so aufeinander abgestimmt, daß die Periode der Wechselspannung groß ist gegen die zur einmaligen Durchquerung des Entladungsraumes von einem Prallelement zum schräg gegenüberliegenden erforderliche Zeit (Verfahren der langen Periode). Die Spannung der ■Gleichspannungsquelle 8 ist größer als die Amplitude der Wechselspannung, so daß die Beschleunigungselektrode 3 stets positiv ist gegen die Prallelektrode 2. Die Anode 6 und die Beschleunigungselektrode sind getrennt herausgeführt, besitzen jedoch das gleiche Ruhepotential. Es ist grundsätzlich möglich, beide Elektroden in der Röhre zu einer einzigen zusammenzufassen. In diesem Fall wird sogar ein größerer Ausgangsstrom erhalten, jedoch unter Inkaufnahme einer erheblich größeren Ausgangskapazität und Verzicht auf einzelne der eingangs beschriebenen Vorteile.
Beim Betrieb der Röhre werden die an dem linken oberen Prallelement ausgelösten Photoelektronen durch die positive Spannung der Beschleunigungselektrode in Richtung auf das linke untere Prallelement abgesaugt. Durch die konkave Krümmung wird zugleich eine Bündelung der Elektronen bewirkt, so daß sie auf dem getroffenen Prallelement nur einen verhältnismäßig kleinen Bereich bedecken. Durch ausgezogene Pfeile sind die Bahnen der Elektronen in der ersten Stufe angedeutet. Während des ansteigenden Teils der Wechsel-Spannungsperiode wird dieses Element inzwischen positiver, so daß die Elektronen beim Auf treffen eine zur Auslösung von Sekundärelektronen hinreichende Geschwindigkeit besitzen. Der beschriebene Vorgang wiederholt sich, bis die Elek- tronen vom rechten oberen Prallelement in Richtung auf die kleinfläcliige (Größenanordnung z. B. ι cm2 oder weniger) Anode abgesaugt und von dieser dem Ausgang zugeführt werden.
Ein besonderer Vorzug der beschriebenen An-Ordnung ist, daß die Elektronen annähernd streifend auf die Prallelektrode auftreffen und infolgedessen eine besonders hohe Sekundäremission auslösen. In der Praxis kann es zweckmäßig sein, das Beschleunigungsgitter in etwas größerem Abstand vor den Prallelementen anzuordnen, um während eines größeren Teils der Laufzeit eine Beschleunigung ausnutzen zu können. Im Raum zwischen den Gittern findet keine Beschleunigung statt.
Die beschriebene Elektrodenanordnung kann dahin abgeändert werden, daß an Stelle zweier
getrennter, sich gegenüberliegender Prallelementraihen eine in Form einer Schraubenlinie fortlaufende Prallfläohe verwendet wird. Dieser Fall ist in .Fig. 2 schematisch dargestellt, bei der einander entsprechende Teile mit demselben Bezugszeichen wie in Fig. ι angegeben sind. Dieses Gebilde entsteht durch Rotation eines Elementarabschnittes und' gleichzeitigen Vorschub in axialer Richtung. Der Einbau des Beschleuiiigungsgitters in den
ίο Schraubenkörper kann unter Umständen dadurch erfolgen, daß ein vorgeformtes oder ein biegsames Gitter nachträglich in diesen hineingedreht und dann befestigt wird. Selbstverständlich ist es auch bei dieser Anordnung möglich, die sdhraubenförmige Prallfläche konkav gegen den Entladungsraum zu wölben, um eine Konzentrierung der Elektronen zu erreichen.
Da die Prallelektrode nach außen nahezu völlig geschlossen ist, ist es möglich, sie gleichzeitig als
so Wandung des Vakuumgefäßes auszunutzen. Es entsteht dann eine Metallröhre von der betreffenden Form, die (lediglich an einzelnen Stellen isolierende Außenteile aufweist, um (die übrigen Elektroden herauszuführen oder den Lichteintritt in die Röhre zu ermöglichen.
Im vorstehenden wurde der Betrieb der Röhre an Hand des Verfahrens der langen Periode beschrieben. Es ist jedoch möglich, die Röhre auch auf andere Weise zu betreiben, nämlich mit einer Wechselspannung, deren Periode gleich der für eine einmalige Durchquerung erforderlichen Laufzeit ist oder einen ganzzahligen Bruchteil dieser Zeit beträgt. Ίη Fig. 3 a sind schematisch zwei einander gegenüberliegende, auf gleichem Potential befindliehe Prallflächen 12 und 22 und die dazwischenliegenden Beschleunigungsgitter 13 und 23 gezeichnet. In den Fig. 3 b bis 3 c sind Spannungsverläufe angegeben, und zwar so, daß der Zeitmaßstab dem Fortschreiten der Elektronen im Raum zwischen den Prallflächen der Fig. 3 a angepaßt ist. Wird die Röhre nun mit einer einfachen Sinusspannung betrieben, deren Periode gleich der Laufzeit ist, so findet, richtige Phase vorausgesetzt, zwischen den Elektroden 12 und 13 eine Beschleunigung statt. Es wird hierbei aber nur der in Fig. 3 b mit 10 bezeichnete Abschnitt der Spannungskurve ausgenutzt, da die Elektronen alsdann in den feldfreien Raum zwischen 13 und 23 gelangen. Erst hinter dem Netz 23 findet eine nochmalige Beschleunigung statt (Bereich 11), da die Phase der Wechselspannung sich inzwischen umgekehrt hat und das Potential der Prallelektrode 12,22 jetzt wieder zunimmt. Dieses Betriebsverfahren kann auch als Grenzfall des Verfahrens der langen Periode aufgefaßt werden, da während des absteigenden Teils der Sinuskurve die Spannung unausgenutzt bleibt.
Eine Verbesserung der Spannungsausnutzung kann gemäß Fig. 3 c dadurch erfolgen, daß eine nicht sinusförmige Spannung benutzt wird, bei der sich die Halbwellen weitgehend auf den Anfang und das Ende der Periode konzentrieren, während der Zwischenraum annähernd der Spannung Null entspricht. Dieses Prinzip führt im Grenzfall dahin, daß die Kurve zu zwei Impulsen entartet (Fig. 3 d), die entgegengesetzt gerichtet sind und am Anfang bzw. Ende der Periode liegen.
Abweichend hiervon arbeitet das Verfahren mit einer Spannungskurve entsprechend Fig. 3e, bei dem die Laufzeit der Elektronen ein ganzzafaliges Vielfaches der Periode beträgt. Wie sich aus dem Vorhergehenden ergibt, werden hierbei die positive Halbwelle am Anfang und die negative am Ende des Schwingungszuges ausgenutzt, während die dazwischenliegenden Halbwellen unwirksam Heihen, da das Elektron im feldfreien Raum fliegt. Dies gilt jedoch nur für die Elektronen, die gerade im Augenblick des Beginns der gezeigten Welle die Prallfläche 12 verlassen haben. Es ist jedoch klar, daß eine Periode später für andere Elektronen wieder gleiche Verhältnisse vorliegen wie für die ursprünglichen Elektronen am Anfang der Kurve, so daß jetzt eine neue Schar von Elektronen beschleunigt wird und in den feldfreien Raum eintritt. Dies wiederholt sich ein zweites Mal bei der dritten positiven Halbperiode. Es folgt also, daß bei diesem Betriebsverfahren gleichzeitig η Elektronengruppen im Raum zwischen zwei Prallelementen unterwegs sind, wenn die Wedhselspannungsperiode ijn der Laufzeit beträgt. Die .Spannung wird also hierbei durchaus günstig ausgenutzt, insbesondere wenn jeweils eine Halbwelle auf die Flugzeit im Beschleunigungsraum entfällt. Es kann natürlich auch ■mit einer Laufzeit in diesem Raum gearbeitet werden, die weniger oder auah mehr als einer Halbwelle entspricht, z. B. einer Viertelwelle. Jedoch ist dann der Wirkungsgrad schlechter. In jedem Fall muß der auf positive Abschnitte der Schwingung entfallende Teil dieser Laufzeit den oder die auf negative Halbwelten entfallenden Teile überwiegen, damit eine Beschleunigung verbleibt.

Claims (16)

Patentansprüche·
1. Pendelvervielfacher mit zwei einander gegenüberliegenden Reihen nacheinander durchlaufener Prallelemente, bei dem sämtliche Prallelemente untereinander stets dasselbe Potential besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallelemente jeder Reihe aneinanderschließen und daß ihnen durchbrochene Beschleunigungselektroden parallel vorgelagert sind, die unter sich stets dasselbe Potential führen und einen praktisch feldfreien Raum einschließen.
2. Vervielfacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Prallelementreihe aus einem fortlaufenden aickzackförmig gebogenen Band besteht.
3. Vervielfacher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die längeren Abschnitte der Zickzackflächen zur Vervielfachung benutzt werden, während die kürzeren Abschnitte als Abschirmung und leitende Verbindung dienen.
4. Vervielfacher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die sekundäremittie-
renden Prallelemente gegen den Entladungsraum konkav gewölbt sind.
5. Vervielfacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Entladungsraum seitlieh durch Abschirmbleche begrenzt ist, die mit den Prallelementen auf gleichem Potential liegen.
6. Vervielfacher nach Anspruch 1 oder' 5, dadurch gekennzeichnet, daß das System der Prallelemente nind der sie verbindenden, auf gleichem Potential liegenden Metallflächen bis auf die .gegebenenfalls notwendigen Ein- und Austrittsöffnungen ein vollständig geschlossenes Gebilde darstellt.
7. Vervielfacher nach Anspruch'6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Prallelektrode mit den Verbindungsflächen zugleich die Wandung des Vakuumgefäßes darstellt.
8. Vervielfacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gegebenenfalls zugleich ■als Anode dienende Beschleunigungselektrode weitmaschig und dünndrähtig ausgebildet ist.
9. Vervielfacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungselektrode im wesentlichen den genannten Innenraum der Röhre verkleidet.
10. Vervielfacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine gesonderte, kleinflächige Anode oder eine Atistrittsblende für die Elektronen vorgesehen ist.
11. Abänderung der Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallelektrode in Form eines schraubenförmigen Körpers ausgebildet ist, wie er durch Drohung eines Prallelements und gleichzeitigen Vorschub in Riehtung der Achse entsteht.
12. Verfahren zum Betrieb einer Röhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Prall- und Beschleunigungselektrode außer einer Gleichspannung eine Wechselspannung liegt, deren Periode lang ist gegen die Laufzeit der Elektronen zwischen zwei Prallvorgängen.
13. Verfahren zum Betrieb einer Röhre nach einem 'der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Prall- und Be-■schleunigungselektrode außer einer Gleichspannung eine Wechselspannung liegt, deren Periode gleich der Laufzeit der Elektronen zwischen zwei Praillvorgängen ist.
14. Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch die Verwendung einer nicht sinusförmigen Spannung, die im wesentlichen aus einem positiven Impuls am Anfang und einem negativen am Ende der Periode besteht.
15. Verfahren z«m Betrieb einer Röhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Prall- und Beschleunigungselektrode außer einer Gleichspannung eine Wechselspannung liegt, deren Periode einen ganzzahligen Bruchteil der Laufzeit der Elektronen zwischen zwei Prallvorgängen beträgt.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufzeit der Elektronen zwischen Prall- und Beschleunigungselektrode etwa einer halben Periode der angelegten Wechselspannung entspricht.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© 5660 12.53
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3244922A (en) * 1962-11-05 1966-04-05 Itt Electron multiplier having undulated passage with semiconductive secondary emissive coating

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US3244922A (en) * 1962-11-05 1966-04-05 Itt Electron multiplier having undulated passage with semiconductive secondary emissive coating

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