DE903253C

DE903253C - Multi-stage secondary electron amplifier

Info

Publication number: DE903253C
Application number: DEF4544D
Authority: DE
Inventors: Dr Werner Flechsig
Original assignee: Fernseh GmbH
Current assignee: Robert Bosch Fernsehanlagen GmbH
Priority date: 1936-12-06
Filing date: 1936-12-06
Publication date: 1954-02-04
Also published as: FR830355A; US2192770A

Description

Die Erfindung betrifft einen Sekundärelektronenverstärker, insbesondere einen solchen für große Endleistungen. Sie geht von einer bekannten Konstruktion aus, bei der mehrere im wesentlichen parallel angeordnete elektronendurchlässige oder als Folien ausgebildete Auslöseelektroden in zur Elektrodenfläche senkrechter Richtung hintereinanderliegen. Die primären Elektronen treffen bei dieser Konstruktion von der einen Seite auf dieThe invention relates to a secondary electron amplifier, in particular one for large ones Final performances. It is based on a known construction in which several essentially Electron-permeable trigger electrodes arranged in parallel or designed as foils in zur Electrode surfaces lie one behind the other in the vertical direction. The primary electrons hit at this construction from one side to the other

ίο Elektrode auf, während die Sekundärelektronen nach der anderen Seite abgesaugt werden.ίο electrode on while the secondary electrons to the other side.

Mit Sekundärelektronenverstärkern lassen sich bekanntlich sehr hohe Verstärkungen erzielen. Dies hat jedoch zur Folge, daß bei gesteigerter Stufenzahl auch die Belastung der letzten Auslöseekktroden entsprechend zunimmt. Da die Auslöseelektroden aber nur auf eine bestimmte Höchsttemperatur erwärmt werden dürfen, wenn ihr Emissionsvermögen nicht leiden soll, ist durch diese höchstzulässige Belastung eine Grenze der so Verstärkung gegeben.As is known, very high amplifications can be achieved with secondary electron amplifiers. this However, the consequence of this is that with an increased number of stages, the load on the last release electrodes is also increased increases accordingly. Since the trigger electrodes are only set to a certain maximum temperature may be heated if their emissivity is not to suffer, this maximum permissible load is a limit to the so Reinforcement given.

Um nun bei einer bestimmten nicht überschreitbaren Belastung einen möglichst großen Strom in der betreffenden Stufe zu erhalten, wird man die Spannung so niedrig wie möglich wählen. Da aber die Zahl der je Primärelektron in einer Stufe ausgelösten Sekundärelektronen bei kleinen Spannungen absinkt und schließlich kleiner als 1 wird, ist man mit der Spannung an eine Grenze gebunden, die nicht unterschritten werden darf.In order to have the largest possible current in To obtain the level in question, the voltage will be chosen as low as possible. Here but the number of secondary electrons released per primary electron in a stage at low voltages drops and finally becomes smaller than 1, the tension is tied to a limit, which must not be undercut.

Bei Sekundärelektronenverstärkern mit fortlaufend hintereinander angeordneten Netzen betrug der Abstand zwischen den Netzen in der Regel einige Millimeter. Die einzelnen Netze konnten dabei bequem von der Seite beobachtet werden, was bei der Formierung, die wie üblich an HandIn the case of secondary electron amplifiers with nets continuously arranged one behind the other the distance between the nets is usually a few millimeters. The individual networks could can be observed comfortably from the side, which is done during the formation, as usual on hand

der Färbung der Elektrode verfolgt werden kann, erwünscht ist. Treten jedoch in einem solchen Verstärker hohe Endströme auf, so bildet sich zwischen den Elektroden eine Raumladung, die bei der Ver-Stärkung zeitlich schwankender Ströme zunächst eine Verzerrung verursacht und bei noch größerer Dichte dazu führen kann, daß der durch diese Stufe fließende Strom vollkommen unabhängig von dem Strom in der vorhergehenden Stufe, also von der ίο Emission der Auslöseelektrode ist. Die Röhre ist dann natürlich nicht mehr brauchbar.the color of the electrode can be followed is desirable. However, occur in such an amplifier If high end currents occur, a space charge is formed between the electrodes, which during the amplification currents fluctuating over time cause a distortion at first and even greater Density can mean that the current flowing through this stage is completely independent of the Current in the previous stage, i.e. from the ίο emission of the trigger electrode. The tube is then of course no longer usable.

Der nächstliegende Weg, nämlich die Raumladung durch eine höhere Spannung abzusaugen, ist nicht gangbar, da dies ja eine Vergrößerung der Belastung bedeuten würde. Nach der Erfindung werden die beschriebenen Schwierigkeiten dadurch beseitigt, daß in den Stufen, wo sonst die Raumladung eine Verzerrung des unsprünglichen Stroms bewirken würde, der Elektrodenabstand so verao kleinert wird, daß die Raumladung nicht mehr stört. Es ergeben sich hierdurch Elektrodenabstände von weniger als 2 mm.The most obvious way, namely to suck off the space charge by means of a higher voltage, is not feasible, as this would mean an increase in the burden. According to the invention the difficulties described are eliminated by the fact that in the stages where otherwise the space charge would cause a distortion of the original current, the electrode spacing so verao is reduced so that the space charge no longer interferes. This results in electrode gaps less than 2 mm.

Bei einer bestimmten Anordnung zweier Elektroden, zwischen denen ein Strom übergeht, nimmt bei zunehmender Emission der einen Elektrode der Strom zunächst stetig zu. Geht man aber hierbei bis in den Bereich der Raumladung, so wird schließlich ein Punkt erreicht, wo der Strom unabhängig von der Emission der Quelle auf einem bestimmten Wert, dem sogenannten Raumladungsstrom, stehenbleibt. In diesem Bereich ergibt sich also auch bei einer zeitlich schwankenden Emission stets der gleiche Strom, so daß ein ursprünglich gesteuerter Strom einen konstanten Strom erzeugt. Dieser Raumladungsstrom ist bei gleicher Spannung um so größer, je kleiner der Abstand zwischen den Elektroden ist. Nach der Erfindung wird der Abstand so gewählt, daß der diesem Abstand entsprechende Raumladungsstrom größer (und zwar wenigstens doppelt so groß) ist als der tatsächlich in der Stufe fließende Strom.With a certain arrangement of two electrodes, between which a current passes, increases as the emission of one electrode increases, the current initially increases steadily. But if you go here up to the area of the space charge, a point is finally reached where the current is independent from the emission of the source to a certain value, the so-called space charge current, stop. This also results in an emission that fluctuates over time in this area always the same current, so that an originally controlled current produces a constant current. At the same voltage, this space charge current is greater, the smaller the distance between the electrodes. According to the invention, the distance is chosen so that this distance corresponding space charge current is larger (and at least twice as large) than the actual one current flowing in the stage.

Bei einer Anordnung mit ebenen, einander parallelen Elektroden und 21 mm Abstand beträgt der Raumladestrom bei 30 Volt nur etwa 10 mA/cm² der Fläche. Dann lassen sich nur Ströme von höchstens 4 bis 5 mA/cm² verzerrungsfrei ausnutzen. Durch Verkleinerung des Elektrodenabstands auf 0,5 mm lassen sich der Raumladestrom und der ausnutzbare Strom auf das iöfache steigern.In the case of an arrangement with flat, parallel electrodes and a distance of 21 mm, the space charge current at 30 volts is only about 10 mA / cm ^{2 of} the area. Then only currents of at most 4 to 5 mA / cm ^{2 can be used} without distortion. By reducing the electrode spacing to 0.5 mm, the space charge current and the usable current can be increased tenfold.

Zur Erreichung einer einigermaßen großen Sekundärelektronenausbeute muß die Spannung zwischen den Auslöseelektroden wenigstens etwa 30 Volt betragen. Um in den hochbelasteten Endstufen einen großen Strom zu erhalten, ist es bei der beanspruchten Röhre unter Umständen zweckmäßig, in den ersten Stufen, wo die Belastung noch klein ist, höhere Spannungen zu verwenden, dagegen in den Endstufen auf etwa 30 Volt herunterzugehen. Eine noch bessere Anpassung wird erhalten, wenn die Spannung zwischen zwei Auslöseelektroden in den letzten Stufen von Stufe zu Stufe kleiner gewählt wird.To achieve a reasonably large secondary electron yield, the voltage be at least about 30 volts between the trigger electrodes. To in the heavily loaded power amplifiers In order to obtain a large current, it may be useful in the case of the stressed tube, in the first stages, where the load is still small, to use higher voltages, on the other hand in the Power amplifiers go down to about 30 volts. An even better match is obtained if the Voltage between two trigger electrodes in the last stages selected to be smaller from stage to stage will.

Während - die letzten Stufen bei der beschriebenen Röhre etwa parallel liegen und elektronendurchlässig oder als Folien ausgebildet sind, ist dies bei den ersten Stufen naturgemäß nicht notwendig. Man gelangt dann zu einer Röhre, bei der die von der Kathode emittierten Elektronen zunächst irgendeine der bekannten Vervielfachungsanordnungen, z. B. einen Sprungbogenverstärker mit Magnetfeld (S le pi an) oder einen Verstärker vom L- oder T-Typ (Zworykin) durchlaufen und erst später in eine Netz- oder Folienanordnung gemäß der Erfindung gelangen.While - the last stages in the tube described are roughly parallel and electron-permeable or are designed as foils, this is of course not necessary in the first stages. One then arrives at a tube in which the electrons emitted by the cathode initially any of the known multiplying arrangements, e.g. B. a jump arch amplifier with a magnetic field (S le pi an) or an L- or T-type amplifier (Zworykin) and only later get into a net or film arrangement according to the invention.

Die beste Anpassung an die jeweilige Raumladung wird erhalten, wenn der Abstand zwischen den letzten Auslöseelektroden von Stufe zu Stufe kleiner gewählt wird. Dieser Sonderfall ist in der ein schematisches Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellenden Zeichnung zugrunde gelegt. Mit ι ist dabei die im vorliegenden Fall als thermische Kathode ausgebildete Elektronenquelle bezeichnet, an deren Stelle selbstverständlich auch eine Photokathode treten kann. 2 bis 11 sind die Auslöseelektroden, während 12 die Endanode bezeichnet. An Stelle der gezeichneten ebenen Anordnung ist selbstverständlich auch eine solche von sich konzentrisch umschließenden Zylinderelektroden oder eine geeignete andere Kombination möglich. Die Abständsverringerung, die in jeder weiteren Stufe erforderlich, ist, läßt sich aus dem Vervielfachungsfaktor leicht ermitteln.The best adaptation to the respective space charge is obtained when the distance between the last trigger electrode is chosen to be smaller from step to step. This special case is in the a schematic embodiment of the invention is based on the drawing. In this case, ι is the thermal one in the present case Electron source formed cathode designated, in their place of course also a photocathode can occur. 2 to 11 are the trigger electrodes, while 12 denotes the end anode. Instead of the planar arrangement shown, there is of course also one of concentrically enclosing cylinder electrodes or another suitable combination possible. The reduction in the distance that is required in each subsequent stage can be derived from the multiplication factor easy to determine.

Zwischen der letzten Auslöseelektrode ΐ·ι und der Anode 12 kann wieder ein größerer Abstand vorgesehen werden, wenn die letztere eine wesentlich höhere Belastung verträgt. In diesem Fall wird die Raumladung zweckmäßig durch eine höhere Spannung abgesaugt. Zugleich wird der Vorteil einer geringeren Kapazität der Anode gewonnen.A greater distance can again be provided between the last triggering electrode ΐ · ι and the anode 12 if the latter can withstand a significantly higher load. In this case, the space charge is expediently sucked off by a higher voltage. At the same time, the advantage of a lower capacity of the anode is gained.

Bei hohen Belastungen ist es zweckmäßig, die Auslöseelektroden aus einem Material von größerer Temperaturbeständigkeit als die jetzt üblichen Cäsiumelektroden herzustellen. Hierzu können z. B. Elektroden mit Barium als Emissionsstoff dienen, i°5 die unbedenklich auf Temperaturen von etwa 400⁰ erhitzt werden können. Die Verwendung von Elektroden mit geringerer Sekundäremission als Cäsium in den letzten Stufen kommt der beschriebenen Röhre insofern entgegen, als es oft zweckmäßig sein wird, in den letzten Stufen mit dem Vervielfachungsfaktor etwas herunterzugehen, um nicht zu ungleiche Abstände zu erhalten. Es können auch Legierungselektroden verwendet werden, bei denen also nicht nur eine oberflächliche Schicht, sondern das Material als solches emissionsfähig ist. Solche Legierungen enthalten z. B. Nickel, Kupfer und gegebenenfalls Chrom, wozu ein Metall geringer Austrittsarbeit, wie Barium oder auch Cäsium, tritt. Solche Elektroden besitzen zugleich den Vorteil, iao daß sich ein besonderer Formierungsprozeß erübrigt. Die Elektroden erhalten durch die natürliche Erwärmung im Betrieb ganz von selbst ihre günstigen Emissionseigenschaften.In the case of high loads, it is advisable to manufacture the trigger electrodes from a material that is more temperature-resistant than the cesium electrodes that are now customary. For this purpose z. B. serve electrodes with barium as emission material, i ° 5 which can be safely heated ^{to temperatures of about 400 0.} The use of electrodes with lower secondary emission than cesium in the last stages suits the tube described insofar as it will often be expedient to go down a little with the multiplication factor in the last stages in order not to get too unequal distances. Alloy electrodes can also be used, which means that not only a superficial layer but also the material itself is emissive. Such alloys contain e.g. B. nickel, copper and possibly chromium, including a metal with a low work function, such as barium or cesium, occurs. Such electrodes also have the advantage that a special forming process is unnecessary. Due to the natural warming during operation, the electrodes automatically acquire their favorable emission properties.

Die Erfindung ist nicht auf eine Röhre zur Ver-Stärkung eines zeitlich schwankenden Stroms 'The invention is not limited to a tube for reinforcing a current that fluctuates over time

beschränkt, sondern kann auch bei der Erzeugung einer konstanten hohen Emission angewendet werden. In diesem Fall kann mit der Stromstärke bis an den jeweiligen Raumladestrom herangegangen werden. Der Sekundärverstärker nach der Erfindung stellt dann gewissermaßen die Kathode einer solchen Röhre dar. Wird als Primärkathode des Sekundärverstärkers eine thermische Kathode verwendet, so erfordert diese jetzt nur noch einen sehrlimited, but can also be applied in generating a constant high emission will. In this case, the current intensity can be used up to the respective space charge current will. The secondary amplifier according to the invention then to a certain extent represents the cathode of a such a tube. If a thermal cathode is used as the primary cathode of the secondary amplifier, so this now only requires one very much

ίο viel geringeren Heizstrom.ίο much lower heating current.

Die Erfindung kann auch in Röhren zur Schwingungserzeugung, z. B. wassergekühlten Senderöhren, angewendet werden. Die Steuerung wird dann zweckmäßig an der Primärkathode vorgenommen, so daß also das Steuergitter zwischen der Kathode und den Auslöseelektroden liegt. Auch hier kann dann mit einer kleinen Kathode und sehr geringer Heizung gearbeitet werden, während bisher für Hochleistungssenderöhren Heizströme vonThe invention can also be used in tubes for generating vibrations, e.g. B. water-cooled transmission tubes, be applied. The control is then expediently carried out on the primary cathode, so that the control grid is between the cathode and the trigger electrodes. Here too can then be used with a small cathode and very little heating, while previously for high-power transmitter tubes heating currents of

ao mehreren 100 Ampere erforderlich waren. Selbstverständlich kann der Verstärker nach der Erfindung auch mit anderen Vakuumeinrichtungen in einer Röhre vereinigt werden.ao several 100 amps were required. Of course the amplifier according to the invention can also be combined with other vacuum devices in a tube.

Bei einer ebenen Anordnung oder einer prak-In the case of a level arrangement or a practical

»5 tisch gleichwertigen Zylinderanordnung mit verhältnismäßig großem Halbmesser muß, wenn gleiche Spannungsdifferenzen je Stufe und eine Verstärkung auf jedesmal das Doppelte zugrunde gelegt werden, der Abstand in jeder Stufe im Verhältnis 2 :1 verkleinert werden.»5 table equivalent cylinder arrangement with relatively large radius, if the voltage differences are the same for each step and a gain is always doubled the distance in each step can be reduced in a ratio of 2: 1.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Multi-stage secondary electron amplifier, preferably with a plurality of electron-permeable elements arranged essentially in parallel or tripping electrodes arranged one behind the other in the form of foils, characterized in that that the electrodes of up to the order of magnitude of the thermally permissible power loaded last step or steps perpendicular to the electrode surface at a distance of less than 2 mm.

2. Secondary electron amplifier, characterized in that the outgoing from the cathode Electrons initially of any arrangement for secondary electron amplification (e.g. a magnetic field amplifier according to SIepian or an L or T amplifier according to Zworykin) and that an arrangement according to claim 1 is connected to this arrangement in the same vacuum space.

3. secondary electron amplifier according to claim i, characterized in that the electrodes the heavily loaded last step or steps such a small distance from each other have that the space charge current corresponding to this distance is at least twice as high is as large as the actual current flowing.

4. Secondary electron amplifier according to one of the preceding claims, characterized in that that the electrodes in the last stages have a smaller distance from stage to stage own each other.

S secondary electron amplifier according to claim i, characterized in that the voltage between two successive trigger electrodes in the last steps lower is chosen than in the previous stages.

6. Secondary electron amplifier according to one of the preceding claims, characterized in that that at least in the last stages the trigger electrodes are electron-emitting Contains material of high temperature resistance.

7. Secondary electron amplifier according to An-Spruch ι or 6, characterized in that the trigger electrodes contain barium as emitting material and / or as a whole are made of an emissive alloy.

8. Secondary electron amplifier according to one of the preceding claims, characterized in that that the distance and the voltage between the last trigger electrode and the anode are chosen greater than between the last and the penultimate trigger electrode.

9. secondary electron amplifier according to claim i, characterized in that the multiplication factor is chosen smaller in the last stages than in the previous stages.

10. The use of a secondary electron amplifier according to one of the preceding claims for the amplification of the electron flow controlled in a transmitter tube, z. B. with water cooling.

11. The use of a secondary electron amplifier according to one of the preceding claims for generating a high electron emission that is constant over time.

121. Amplifier circuit, e.g. B. for television purposes, characterized by a secondary electron amplifier according to one of the preceding Expectations.

13 ;. Secondary electron amplifier according to claim i, characterized in that each Network is provided with a cylindrical extension, which points to the next network and causes a concentration of electrons.

1 sheet of drawings

ι 5719 1.