DE908047C - Mit Sekundaeremission arbeitende Verstaerkerroehre - Google Patents

Mit Sekundaeremission arbeitende Verstaerkerroehre

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DE908047C
DE908047C DEM7000D DEM0007000D DE908047C DE 908047 C DE908047 C DE 908047C DE M7000 D DEM7000 D DE M7000D DE M0007000 D DEM0007000 D DE M0007000D DE 908047 C DE908047 C DE 908047C
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DE
Germany
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electrode
grid
electron source
cathode
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Expired
Application number
DEM7000D
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English (en)
Inventor
George Baldwin Banks
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BAE Systems Electronics Ltd
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Marconi Co Ltd
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Publication date
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Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J43/00Secondary-emission tubes; Electron-multiplier tubes
    • H01J43/02Tubes in which one or a few electrodes are secondary-electron emitting electrodes

Landscapes

  • Image-Pickup Tubes, Image-Amplification Tubes, And Storage Tubes (AREA)

Description

  • Mit Sekundäremission arbeitende Verstärkerröhre Die Erfindung betrifft eine mit Sekundäremission arbeitende Verstärkerröhre, bei welcher zwischen der Primärelektronenquel.le und einer Prallplatte eine gitterförmige Arbeitselektrode angeordnet ist.
  • Es ist bekannt, bei Netzvervielfachern die Netze als Gitter mit hochkant gestellten, bandförmigen Leitern auszubilden und sogenannte Führungsgitter vorzusehen, welche dafür sorgen sollen, daß die Primärelektronen vollzählig auf die nächste Prallelektrode gelangen. Diese Führungsgitter haben jedoch nicht die Aufgabe, den Elektronenstrom an einer gitterförmigen Elektrode vorbeizuleiten, sondern sie sollen im Gegenteil den Entladungsstrom auf diese aufprallen lassen.
  • Auch ist es bekannt, bei Netzvervielfachern zwischen den Prallnetzen Blenden vorzusehen, die die Aufgabe haben, den Entladungsstrom zu bündeln, so daß die Primärelektronen die nächstfolgende netzförmige Prallelektrode möglichst vollzählig treffen. Es handelt sich also auch hier nicht darum, die Primärelektronen durch Öffnungen einer gitterähnlichen Elektrode hindurchzubringen, sondern gerade das Gegenteil .soll erreicht werden. In diesem Fall wäre es sogar ungünstig, die Elektronen durch die Öffnungen der nächsten Prallelektrode hindurchzuführen, weil sie damit für die Vervielfachung ausfallen.
  • Es ist bei Sekundärelektronenvervielfachern ferner bekannt, die Arbeitselektrode als Netz auszubilden und vor der letzten Prallelektrode, die massiv ausgebildet ist, anzuordnen. Hierbei ergeben sich jedoch Schwierigkeiten insofern, als ein Teil der Primärelektronen bereits unmittelbar von der Arbeitselektrode, die höheres positives Potential führt als die nachfolgende Prallelektrode, aufgefangen werden, wodurch der Wirkungsgrad der Sekundärelektronenvervielfachung herabgesetzt wird.
  • Diese Mängel beseitigt die Erfindung bei einer mit Sekundäremission arbeitenden Verstärkerröhre, bei welcher zwischen der Primärelektronenquelle und einer Prallplatte eine gitterförmige Arbeitselektrode angeordnet ist, dadurch, daß erfindungsgemäß eine in der Richtung Kathode-Arbeitselektrode der Arbeitselektrode vorangehende, mit dieser übereinstimmende gitterförmige Elektrode in Deckung mit ihr angebracht und an ein solches von dem Potential der Arbeitselektrode abweichendes konstantes, gegenüber dem der Kathode positives Potential gelegt ist, daß die beiden in Deckung stehenden Elektroden beim Betrieb der Röhre als ein die Primärelektronen durch die Gitteröffnungen hindurch zu der Prallplatte richtendes Elektronenlinsensv stem wirken.
  • Bei Schirmgitterröhren mit Wickelgittern ist es bekannt, Schirmgitter und Steuergitter, die mit der gleichen Höhe gewickelt sind, miteinander zur Deckung zu bringen und durch die sich zwischen diesen beiden Gittern ausbildenden Elektronenlinse die Elektronen an dem Schirmgitter vorbeizuführen.
  • Ein wesentlicher Unterschied des Erfindungsgegenstandes demgegenüber besteht darin, daß zur Erzielung der Linsenwirkung eine besondere Hilfselektrode vorgesehen ist, die nicht schon für die bestimmungsgemäße Wirkungsweise der Röhre notwendig ist. Hierdurch ergeben sich verschiedene Vorteile. Die beiden das Linsenfeld erzeugenden Elektroden können so ausgebildet und in einer solchen Lage zueinander angeordnet werden, wie es für die Erzielung der Linsenwirkung und für die Wirkungsweise der hinteren Elektrode als Arbeitselektrode am günstigsten ist; aber auch die kathodenwärts von dieser besonderen Elektrode befindlichen Elektroden können in der für ihren Verwendungszweck besten Weise ausgebildet Eierden. Dies ist nicht möglich, wenn man die besondere Elektrode wie bei den bekannten Röhren gleichzeitig als Steuergitter benützt. Das Steuergitter ist im allgemeinen feinmaschig gewickelt, während die Arbeitselektrode der mit Sekundäremission arbeitenden Verstärkerröhre gemäß der Erfindung verhältnismäßig grobmaschig ausgeführt sein soll. Ferner soll die besondere Elektrode dicht vor der Arbeitselektrode liegen, während ein Steuergitter gegen die Arbeitselektrode entkoppelt sein soll. -Auch die gleichzeitige Verwendung der besonderen Elektrode als Schirmgitter erfordert die Erfüllung von einander widersprechenden Forderungen, insbesondere soll das Schirmgitter verhältnismäßig engmaschig sein, um eine ausreichende Abschirmwirkung herbeizuführen. Hingegen muß man von der besonderen Elektrode verlangen; daß ihre Maschenweite der Gestalt der Arbeitselektrode entspricht, also verhältnismäßig groß ist.
  • Die Erfindung ist in der Zeichnung erläutert. Abb. i bis 3 zeigen eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung. Abb. z ist ein Querschnitt durch das Elekträdensystem, Abb. 2 ein vereinfachter Aufriß, bei dem die Elektrode 15 teilweise aufgeschnitten ist,undAbb.3einevergrößerte Teilansicht zur Erklärung. Die in Abb. z und 2 dargestellte Röhre hat eine zentrale, rechteckige Kathode 3, welche direkt oder indirekt geheizt sein kann und symmetrisch innerhalb eines dicht anschließenden Steuergitters q. in Form einer flachgedrückten Ellipse liegt. Das Steuergitter hat vorzugsweise zwei lange Haltestreben 5, die in der verlängerten Kathodenebene liegen. Das Steuergitter ist symmetrisch durch ein Schirmgitter 6 umgeben, dessen Haltestreben 7 vorzugsweise ebenfalls in der gemeinsamen Ebene der Kathode und der Haltestreben des Steuergitters liegen. Jedes Ende des Schirmgitters (das Ende in der Nähe desjenigen Teiles des Gitters ist gemeint, an dem die Haltestreben befestigt sind) wird symmetrisch von einer Feldelektrode z4', 15' aus Blech, welches ähnlich eines offenen Kastens geformt ist, umgeben. Die offenen Seiten der beiden Kasten sind den @',Schirmgitterenden, die etwas in jeden Kasten hineinragen, zugewendet. Symmetrisch zur Kathode und außerhalb des Schirmgitters ist ein Paar weiterer Gitter 8 und 9, im folgenden Linsengitter genannt, angeordnet; welche miteinander verbunden und sehr weitmaschig sind. Außerhalb der beiden Linsengitter und wieder symmetrisch zur Kathode befindet sich ein Paar weiterer Gitter io, i i, im folgenden Anodengitter genannt, welche ebenfalls miteinander verbunden und ,den Linsengittern gleich sind. Außerhalb des Anodengitters und wieder symmetrisch zur Kathode ist ein Paar Vervielfacherelektroden 12, 13 in Form von Metallplatten angeordnet, welche miteinander verbunden sind und auf den Flächen 12", 11, auf irgendeine bekannte Weise sekundäremissionsfähig gemacht sind und mit sich nach rückwärts erstreckenden Kühlflügeln 12b, 13b versehen sind. Diese Verv ielfacherelektroden können z. B. aus Kupfer hergestellt werden, das oxydiert und mit' Zäsium aktiviert wird. Es wurde gefunden, daß solche Vervielfacherelektroden dauerhafter sind als dieZäsium-Silber-Type, die natürlich ebenfalls verwendet werden kann. Wie am besten aus der schematischen Ansicht der Ahb. 3 ersichtlich ist, liegt jeder Draht oder jede Strebe einer Anode i o, ii unmittelbar hinter einem Gitterdraht des benachbarten Linsengitters 8, 9, so daß eine durch zwei solche Streben, durch eine Anoden-Gitter-Strebe und durch die benachbarte Linsengitterstrebe gezogene Linie senkrecht zur Emissionsoberfläche, bezeichnet mit 12", 13", der Vervielfacherelektrode und zu den wirksamen Flächen des Schirm- und Steuergitters (nicht mitgezeichnet) verläuft.
  • Im Betrieb wirken die einem offenen Kasten ähnlichen Elektroden 1.4' und 15' als @strahlbildende Elektroden, um die Primärelektronen in zwei seitlichen Reihen zu sammeln, welche auf ihrem Wege zu den Vervielfacherelektroden durch die Steuergitter, die Schirmgitter, die Linsengitter und die Anodengitter hindurchgehen. Hier werden Sekundärelektronen in vervielfachter :'#iizahl ausgelöst, die zum Anodengitter übergehen und den Strom der Ausgangsanode bilden. Ein passendes Arbeitspotential für die Linsengitter ist das des Schirmgitters, mit welchem dieselben vorzugsweise, gegebenenfalls innerhalb der Röhre, verbunden werden. Im Betriebe, wenn geeignete Spannungen an die verschiedenen Elektroden angelegt werden, folgen die meisten Primärelektronen nach ihrem Austritt aus der Kathode Bahnen, welche durch die Zwischenräume in den Linsengittern und Anodengittern hindurchführen, ohne dieselben zu berühren und zu der Vervielfacherelektrodenoberfläche zu führen. In der Abb. 3 bedeuten die gestrichelten, mit Pfeilspitzen versehenen Linien Wege der Primärelektronen, die vollen Linien mit Pfeilspitzen Wege der Sekundärelektronen, die punktierten Linien in der üblichen Art Äquiipotentiallin,ien und die strichpunktierten Linien Kraftlinien.
  • Der Anschluß zur Steuerelektrode wird vorzugsweise durch das eine Ende des Kolbens (nicht dargestellt) geführt, welches dem die Durchführung der Ausgangsanode enthaltenden Ende gegenüberliegt.
  • Vorzugsweise wird auch ein elektrostatischer Schirm über dem Elektrodensystem an dem Ende vorgesehen, an dem das Steuergitter herausgeführt wird, um die kapazitive Rückwirkung zu verringern. In der Abb. 2 sind die nach außen führenden Anoden- und Schirmanschlüsse gezeigt und mit 2o und 17' bezeichnet.
  • Die gewöhnliche Ausführung der Kathode wird mit Barium aktiviert, und es wurde festgestellt, daß bei einer Röhre, wie oben beschrieben, sich der Mangel ergab, daß nach einem Betrieb von etwa ioo Stunden oder mehr die Arbeitsfähigkeit im Vergleich zum Anfangszustand nachließ. Untersuchungen haben gezeigt, daß dieses mit einer Verminderung des Sekundäremissionsfaktors der Vervielfacherelektroden 12, 13 -zusammenhängt und daß dieser Faktor von einem anfänglichen Wert von q. oder 5 auf einen Wert von weniger als zwei zurückging. Dieses liegt daran, daß, wenn die Röhre in Betrieb ist, Bariumatome, welche dauernd von der bariumaktivierten thermionischen Kathode abgeschleudert werden, auf die Vervielfacherelektrode 12, 13 auftreffen und mit der Zeit die empfindlichen Oberflächen 12a, 13a mit einer Bariuni-Schicht bedecken. Da die Sekundäremissionsfähigkeit von Barium bedeutend geringer ist als jene der Zäsiumoberfläche, leidet darunter die Empfindlichkeit der Röhre. Es wird daher im folgenden ein Weg vorgeschlagen, der dieses vermeidet. Dieser Teil der Erfindung, welcher allgemein bei Eleh tronenvervielfachern angewendet werden kann, besteht darin, daß eine Elektronenröhre, in welcher ein von einer bariumaktivierten oder ähnlichen Primärkathode, die im Betrieb gleichzeitig Atome aussendet, ausgehender Primärelektronenstroin durch Sekundärelektroneneffekte an einer Vervielfacherelektrode vervielfacht wird, mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes ausgestattet wird, um die Elektronen zu veranlassen, auf gekrümmten, an Stelle von geradlinigen Bahnen von der Primärkathode zur Vervielfacherelektrode zu gelangen, und daß die Vervielfacherelektrode so angeordnet ist, daß sie zwar von den den gekrümmten Bahnen folgenden Elektronen getroffen wird, aber außerhalb der Bahnen der Barium- oder anderen Atomen liegt, denn die Atombahnen sind hauptsächlich geradlinig und von dem magnetischen Feld unbeeinflußt.
  • Es ist natürlich bekannt, bei Elektronenvervielfachern mit thermionischen Primärkathoden gekreuzte magnetische oder elektrische Felder anzuwenden, um die Elektronen zu veranlassen, von der Primärkathode zu der ersten Vervielfacherelektrode und dann von Vervielfacherelektrode zu Vervielfacherelektrode auf gekrümmten Bahnen zu fliegen, aber in bekannten Vervielfachern dieser Art wird das Primärkathodensystem nur in einer Richtung ausgenutzt und deshalb meistenteils auch nur die halbe Kathodenemission. Gegenüber den Elektronenvervielfachern mit zusätzlichem Magnetfeld bietet vorliegende Erfindung eine bessere Ausnutzung des Primärkathodenstromes.
  • Abb. 5 und 6 zeigen eine verbesserte Ausführung der in Abb. i bis 3 gezeigten Röhre. Abb. 5 ist ein Querschnitt durch das Elektrodensystem, und Abb. 6 ist ein Aufriß mit dem äußeren abschirmenden Behälter und der im Schnitt gezeigten Feldspule, i ist ein Gefäß mit dem gebräuchlichen Kappenanschluß 2, welches eine thermionische Bariumkathode 3 enthält, umgeben von einem flachgedrückten elliptischen Steuergitter mit langen Haltestreben 5 und einem Schirmgitter 6 mit Haltestreben 7. Außerhalb der gegenüberliegenden Seiten des Schirmgitters 6 sind zwei symmetrisch angeordnete Linsengitter 8 und 9 vorgesehen. Jedem Linsengitter 8 und 9 sind ein Anodengitter io oder i i und eine Vervielfacherelektrode 12 oder 13 zugeordnet. Die Oberflächen 12a, 13" der Elektroden 12, 13 sind vorzugsweise von der beschriebenen Zäsiumtype. Entgegengesetzt gerichtete Feldplatten 14, 15, wie abgebildet gebogen, sind mit gegenüberliegenden Enden des Schirmgitters 6 verbunden. Ein innerer Schirm 17 ist vorgesehen, um die Steuergitterzuführung elektrostatisch abzuschirmen, und dieser Schirm wird vorzugsweise außerhalb der Röhre fortgesetzt durch den Behälter 18, der aus Kupfer oder anderem gutleitenden Werkstoff hergestellt ist. Es ist vorteilhaft, diesen Behälter mit Scheiben, wie abgebildet, zu verseben und ihn als Spulenkörper für die Spule i9, welche in Betrieb durch eine Gleichstromquelle über einen Widerstand gespeist wird und dadurch das erforderliche magnetische Feld erzeugt, zu verwenden. Infolge dieser Anordnung können die von der Kathode 3 herausgeschleuderten Bariumatome nicht auf die empfindlichen Oberflächen 12a, 13" auftreffen. Dieses ist dargestellt in der Abb. 5, wo die gestrichelten Linien mit Pfeilspitzen Primärelektronenbahnen darstellen, die kurzen vollen Linien mit Pfeilspitzen Sekundärelektronenbahnen und die strichpunktierten Linien mit Pfeilspitzen Bariumatombahnen. Die Bariumatome treffen auf die Platten 14, 15 auf, welche sich auf Schirmgitterpotential befinden. Die Platten 14 und 15 müssen nicht auf Schirmgitterpotential gehalten werden, sondern sie können von den anderen Elektroden getrennt und an ein geeignetes positives Potential gelegt werden. Die dargestellte Anordnung jedoch wird aus Gründen der Einfachheit bevorzugt werden.
  • Bei den soweit beschriebenen und gezeigten Konstruktionen werden in jedem Fall die meisten Primärelektronen durch das Linsengitter hindurchfliegen und auf,die ",.'e-rvielfacherelektrode auftreffen. Manche Elektronen werden jedoch auf das Linsengitter selber auftreffen. Wenn dieses Linsengitter aus ?Wickel gemacht wird, werden die meisten Elektronen, die dort auftreffen, wegen der hohen Oberflächenarbeitsfunktion dieses Stoffes verlorengehen. Es ist deshalb vorzuziehen, die Linsengitter sekundäremissionsfähig zu machen, z. B. sie aus Silber oder Kupfer mit oxydierter Oberfläche und bedeckt mit Zäsium herzustellen. Dieses Mittel ergibt eine wesentliche Vergrößerung der Empfindlichkeit, und es wird in der Tat eine Verbesserung der Steilheit von 2o bis 25 % erreicht. Die Art und Weise, in welcher die Verbesserung erzielt wird, ist am besten aus Abb. 4. ersichtlich, in welcher dieselben Bezugszeichen und Bezeichnungen der Elektronenbahnen wie in Abb. 3 benutzt werden mit dem Unterschied jedoch, daß in Abb. q: das Linsengitter sekundäremissionsfähig ist. Die Elektronenbahnen x im unteren Teil der Abb. q. stellen den Fall dar, in welchem ein Primärelektron durch das Linsengitter hindurchfliegt (dieses wird die große Mehrzahl tun) ; die Wege y und z stellen zwei Fälle dar, in denen ein Primärelektron auf das Linsengitter auftrifft. Wie ersichtlich, geht in keinem Fall das Elektron verloren, denn im Falle y werden Sekundärelektronen emittiert und gelangen unmittelbar an das Ausgangsgitter io, i1, während im Fall z Sekundärelektronen emittiert werden, die zu der Vervielfacherelektrodenoberfläche 12, 13u gelangen, wo nochmals Sekundärelektronen emittiert werden, die dann zum Ausgangsgitter io, i i übergehen.

Claims (4)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Mit Sekundäremission arbeitende Verstärkerröhre, bei welcher zwischen ,der Primärelektronenquelle und einer Prallplatte eine gitterförmige Arbeitselektrode angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine in der Richtung Kathode-Arbeitselektrode der Arbeitselektrode (1i) vorangehende, mit dieser übereinstimmende gitterförmige Elektrode (9) in Deckung mit ihr angebracht und an ein ,solches von dem Potential der Arbeitselektrode ab-«reichendes konstantes, gegenüber dem der Kathode positives Potential gelegt ist, daß die beiden in Deckung stehenden Elektroden beim Betrieb der Röhre als ein die Primärelektronen durch die Gitteröffnungen hindurch zu der Prallpl.atte (12, 13) richtendes Elektronenlinsensvstem wirken.
  2. 2. Verstärkerröhre nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der als gestreckte Glühkathode ausgebildeten Primärelektronenquelle und der Elektrode (9) ein Steuergitter und ein Schirmgitter angebracht sind; welche die Primärelektronenquelle konzentrisch umgeben.
  3. 3. Verstärkerröhre nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (9) in der gleichen Ebene wie die Primärelektronenquelle liegt und ein parallel zur Primärelektronenquelle verlaufendes Magnetfeld vorgesehen ist. .
  4. 4. Verstärkerröhre nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenbahn zwischen Primärelektronenquelle und der Elektrode (9) durch eine Abschirmfläche (i4.', 15') nach der Seite hin abgeschirmt ist.
DEM7000D 1938-02-17 1939-02-03 Mit Sekundaeremission arbeitende Verstaerkerroehre Expired DE908047C (de)

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