DE927156C - Verfahren zur Erzeugung von elektrischen Schwingungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft elektrische Schwingungserzeuger und bezieht sich besonders auf Schwingungserzeuger, in denen ein Elektronenfluß in der Hauptsache aus sogenannten Sekundärelektronen besteht, die durch Beschießung von festen Leitern ausgelöst werden.

Dias Hauptziel· 'der Erfindung ist, eine neue Art von Schwingungserzeugern zu schaffen. Der Schwingungserzeuger gemäß der Erfindung hat die Eigenschaft, einen Gleichstrom mit außerordentlich hohem Wirkungsgrad in Wechselstrom

umzuwandeln-; er ist an keine bestimmte Frequenzgrenzen gebunden und eignet sich besonders für die Erzeugung von Schwingungen von 30MHz aufwärts. Er ist in gleicher Weise für die Erzeugung sehr großer oder sehr - !deiner Energiemengen geeignet. Die elektrischen Stromkreise lassen sich bei ihm symmetrisch ausbilden, so daß die neutralen Punkte des Kreises geerdet werden können, ohne daß weitere Schwierigkeiten oder Komplikationen entstehen. Der Schwingungserzeuger gehört zur Gruppe der Hochvakuumgeräte, die unabhängig

•J Von der Patentsucherin ist als der Erfinder angegeben worden:

Philo T. Farnsworth, Springfield Township, Pa. (V. St. A.)

von .Ionisationsersdheinungen sind, und ist daher frei von Unbeständigkeiten und Unsicherheiten, die diese Erscheinungen mit sich bringen. Er kann leicht in Gang gesetzt werden, besitzt keine geheizten Elektroden nadh Art der Gl.üMcathoden und ist daher frei von 'dienSchwierigkeiten undKomplikationem, die durch die Kathodenheizfcrei'se bedingt sind.

In den Zeichnungen ist

ίο Fig. ι eine schematische Darstellung eines Schwingungserzeugers gemäß der Erfindung, der ■aus der Schwimgröhre und den dazugehörigen Stromkreisen· bestellt,

Fig. 2 eine D ar Stellung einer weiteren. Ausführungisform des Schwingungserzeugers, bei der die Amplitude der Schwingung einer Selbstbegrenzung unterliegt.

Fig. 3 ein Querschnitt durch eine Schwingröhre, die innerhalb eines permanenten Miagneten. eingeordnet iist,

Fig. 4 ein Querschnitt durch eine weitere Aus-" führungsf orm, bei der die Schwingungen ohne Verwendung vom Führungs- oder Konzemtrationsfeldern erzeugt werden,

Fig. 5 idie Darstellung eines Stromkreises, in dem eine Röhre mach Fig. 4 verwendet wikdi,

Fig. 6 eine Darstellung einer weiteren Auisführungsform in Gestalt einer unsymmetrischen Röhre und'
Fdg. 7 eine graphisdheDarstellung der Emissionscharakteristik.

- - Es sind Vorrichtungen bekannt, in denen durch Ausnutzung der Sekundärelektronenemission außerordentlich kleine Ströme derart· vervielfacht werden, daß ein großer Auisgiangsstrom entsteht. Der Anfangsstrom, der in diesen Geräten benötigt wird, kann so klein -sein, daß er sich mit den' gewöhnlichen Meßmethoden nicht feststellen läßt, wie z. B. der fotoelektrische Strom, der beim Auf fallen von sidhtbareim Licht auf Nickel entsteht. Durch eine Rückkopplung des Ausgangsstromes dieser Vorrichtung mit dem Eingangskreis können selbsterregte Schwingungen erzeugt werden·. Die vorliegende Erfindung bezieht eich besonders auf die Erzeugung solcher selbsterregter Schwingungen. In ihrer allgemeinsten Form benötigt die Erfindung ein, Elektrodenpaar, das einem Eldktronenweg begrenzt. Eine Wolke von Elektronen wird durch an die Elektroden angelegte Spannungen in dieser Strecke zum Schwingen gebracht und erzeugt beim Auf treffen auf die eine Elektrode, die als Kathode bezeichnet wird, 'bei. genügender Geschwindigkeit Sefcundärelektronem, und zwar in einem Verhältnis, das größer als 1 ist, wenn man 'die Zahl· der Sekundärelektronen mit der der Primärelektronen vergleicht. Auf diese Weise fließt ein Strom, der von einer an die Elektroden angelegten Gleichspannungsqueille geliefert wird·. Ein. von· diesem Strom verursachter Spannungsalbfall wird in richtige!' Phasenlage benutzt, um der schwingendem Elektronenwolke die nötige Auftreffgesehwimdigkeit auf die andere Elektrode zu erteilem. Auf diese Art tritt eine Selbsterregung ein, und es können dem Stromkreis verhältmismäß große Beträge vom Schwinguhgsenergie entnommen werden. Die Energie zur Aufrechterhaltung der Schwingungen stammt natürlich aus. der Gleichstromquelle, deren Spannung genügend groß sein muß, um die Sekundärelektronen im erforderlichen Verhältnis auszulösen. .

Um die Schwingungen sowohl von selbst in Gang zu bringen als auch .sie von selbst in Gang zu halten, sind weitere, etwas strengere Bedingungen zu erfüllen/. Wird von Anfang an eine Enregerschwingung genügend hoher Spannung angelegt, so· werden in dem Raum zwischen den Elektroden genügend Elektronen zufällig vorhanden sein, um die Sekundäremission im einem Betrag zustande zu bringen, der den erforderlichen Spannungsabfall erzeugt. Dies wird bei fast jedem Elektrodenmaterial der Fall sein, vorausgesetzt, daß die Elektronen, auf ihrem Weg genügend genau· geführt sind, so daß nur eine geringe Wahrscheinlichkeit dafür besteht, daß sie vor dem Auftreffen, auf die Kathode von einer anderen· Elektrode aufgefangen werdem. Um jedodh die Schwingungen von selbst im Gang -zu setzen, muß die Austrittsarbeit an der Kathodenfläche so niedrig wie möglich sein, und es wird aus diesem Grunde vorgezogen, die Kathoden mit Oberflächen: aus fotoelektrischem Material·, wie z.B. den Alkalimetallen, hydriertem Kalium oder dem außerordentlich empfindlichen Cäsiumsiliberoxyd zu versehen'. Die zuletzt genanntem; Substanzen haben sich dabei nach den bisherigen Versuchen als am bestem geeignet erwiesen. Es wurde festgestellt, daß mit einer solchen Oberfläche fast jeder noch so schwache Anistoß die Schwingungen selbst unter den ungünstigstem Bedingungen in Gang setzt. Nachdem die Vorrichtung eine Zeitlang im Betrieb ist und die Elektroden warm geworden sind, wird es !schwieriger, die Schwingungen zu verhindern als sie im Gang zu setzem.

Fig. ι zeigt eine besonders einfache und leicht herstellbare Auisführumgsform. Die Vakuumröhre, ■6L· der Hauptbestandteil des Gerätes ist, enthält eine evakuierte Hülle. 1 vom· zylindrischer Form mit Kathoden 2," 2' an den gegenüberliegenden Enden. Die Kathoden werden von Zuführungsdrähten 4 getragen, die durch die Wandungen der Röhre hindurchgeführt sind und bestehen aus Scheiben von reinem Silber, dessen Oberfläche oxydiert »und mit Cäsium überzogen ist, wie es aus der Herstellung von fotoelektrischen· Zellen bekannt ist. Eine Anode 5, die aus· einem sich am die Wandung der Röhre anlegenden Ring besteht, ist in der Mitte zwischen, den Kathoden befestigt und mit einer Zuführung 6 in der Röhrenwandung verbunden.

Zwischen den beiden Kathoden ist ein Schwingungskreis mit einer Induktivität 7 und einem parallel dazu liegenden veränderlichen Kondensator 9 angeordnet. Eine mittlere Anzapfung 10 an dear Induktivität steht über ©ine Spannungsquelle mit der Anode in Verbindung, und zwar zweckmäßig über Hochfirequenzdrosseln 12 und 14, 'die, ohne absolut

erforderlich zu sein, die Arbeitsweise des Gerätes verbessern und die Ausgangs leistung vergrößern. Eine Sekundärspule 15, die mit der Induktivität 7 gekoppelt ist, kann benutzt werden, um dem Stromkreis Energie zu entnehmen. Diese Art der Kopplung ist nur als Beispiel für die vielen bekannten Arten der Energieentnahme aus einem Schwingkreis angeführt.
Die Röhre ist von einer Spule 16 umgeben, die

ίο von einer StromqueMe 17 mit Gleidhstrom gespeist wird. Der Strom kann mit einem Widerstand 19 genau eingestellt werden.

Es sei -angenommen, daß zunächst keine Schwingungen vorhanden sind¹ und daß Elektronen etwa in der Mitte der Kathode 2 mit einer Geschwindigkeit Null ausgelöst werden. Solche Elektronen würden auf die Anode 5 zu beschleunigt und würden in. Abwesenheit eines von der Spule 16 erzeugten Sammetfeldes wahrscheinlich die Anode treffen und aus dem Raum zwischen den Elektroden entfernt werden. Wenn jedoch die Sammelspule in der geeigneten Weise erregt wird, so· bewirkt das entsprechende Feld, daß die Elektronen an der Anode vorbei einem Punkt der gegenüberliegenden Kathode 2' zugeführt werden, der dem Punkt der Kathode 2, von dem die Elektronen ausgingen, entspricht. Auf ihrem Wege werden die Elektronen so lange beschleunigt, bis sie die mittlere Ebene der Anode erreichen. Von diesem Punkt an werden sie von dem elektrostatischen Feld, der Stromquelle 11 abgebremst und kommen unter den erwähnten Bedingungen auf der gegenüberliegenden Kathode mit der Geschwindigkeit NuM an·. Zur Zurücklegung der Strecke haben· sie eine Zeit gebraucht, die vom Potential der Spanniuingsquelle 11 und dem Abstand der beiden Kathoden abhängt.

Wird der Resonanzkreis, der die Spule 7 und den Kondensator 9 enthält, auf eine Frequenz abgestimmt, deren halbe Periode ungefähr gleich der Laufzeit der Elektronen ist, so erzeugt die Auslösung von Elektronen an der Kathode 2 einen Strom, der von der Stromquelle durch die eine Hälfte der Induktivität 7 zur Kathode fließt. Hierdurch entsteht ein Potentialiabfall, der an beiden Kathoden: in solcher Richtung Hegt, daß die Geschwindigkeit der Elektronen erhöht wird und sie auf die Kathode 2' mit einer bestimmten Geschwindigkeit auftreffen. Ist diese Geschwindigkeit genügend groß, um Elektronen von der zweiten Kathode im Verhältnis größer als 1 auszulösen, dann bildet die Differenz zwischen der Zahl der auftreffenden Primärelektronen und der ausgelösten Sekundärelektronen einen Strom, der durch den anderen Zweig der Induktivität 7 fließt.

Es entsteht auf diese Weise ein, Spannungsabfall umgekehrter Richtung, der den Raumliadestrom in der Röhre in der entgegengesetzten Richtung beschleunigt. Die Sekundärelektronen treffen daher die erste Kathode in größerer Anzahl und mit größerer Geschwindigkeit, und die Schwingung schaukelt sich schnell bis zu einem Punkt auf, an dem sie entweder durch Raumladewirkungen in der Röhre, durch Energieverluste im Ausgangskreis oder durch irgendwelche anderen äußeren Einwirkungen begrenzt wird.

Die Faktoren, die für das Ingangkommen der Schwingungen maßgebend sind, sind die Abmessungen der Röhre, die Spannung der Spannungsquelle 11, der Strom der Sammelspule und das Material der Kathodenoberfläche. Die Abmessungen und die Spannung bestimmen den Gradienten zwischen den beiden Kathoden. Die Geschwindigkeit, mit der ein Elektron die gegenüberliegende Kathode trifft, wird fast ganz durch das Integral des Schwingpotentials entlang der Bahn bestimmt. Die Auftreffgeschwindigkeit wird daher am größten, wenn der ganze Weg während einer halben Schwingung zurückgelegt wird, d. h. während einer Periode, während deren das Potential der Kathode, von dem das Elektron ausgeht, negativ in bezug auf die gegenüberliegende Kathode ist. Ob dies auch die Bedingung für die maximale Emission beim Auftreffen ist oder nicht, hängt davon ab, auf welchem Teil, der Sekundäremissionskurve die Röhre arbeitet. Die Kurven fast sämtlicher Stoffe halben im wesentlichen den Verlauf nach Fig. 7, wobei jedodh die Absolutwerte für die verschiedenen Stoffe sehr schwanken. Sind die Spannungen so bemessen, daß das Auftreffen mit einer Geschwindigkeit erfolgt, die dem ansteigenden Zweig der Kurve entspricht, so wird eine Steigerung der Geschwindigkeit eine entsprechende Steigerung der Zahl der ausgelösten Sekundärelektronen mit sich bringen. Wenn jedoch die Spannung der Kuppe der Kurve entspricht, wird bei einer Steigerung der Spannung keine Steigerung der Elektronenzahl ;bei jedem Aufsdhlag eintreten, während bei einer Steigerung der Spannung bis in den absteigenden Ast der Kurve eine weitere Spannungssteigerung zu einer Verringerung der Zahl der Sekundärelektronen führt.

Der Einfluß des Sammelfeldes auf die Schwingungen hängt von der Zahl der Elektronen ab, die trotz der Wirkung des Sammelfeldes von der Anode, aufgefangen werden. Wenn die Schwingungen zuerst in Gang gebracht werden, sind alle verfügbaren Elektronen notwendig, um Sekundärelektronen zu erzeugen, und für die Inbetriebnahme muß daher die Fokussierung recht genau eingestellt sein. Wenn jedodh der Gleichgewichtszustand no erreicht ist, müssen alle Elektronen, die über die Zahl der auftreffenden Primärelektronen hinausgehen, während jeder halben Periode aufgefangen werden. Mit einem großen Vorrat an Primärelektronen und einem hohen Verhältnis zwischen Sekundär- und Primärelektronen wird, nachdem die Schwingung einmal eingeleitet ist, die Fokussierung weit weniger kritisch, und eine Verminderung der Intensität des Sammelfeldes wird im allgemeinen tatsächlich eine starke Steigerung der Schwingleistung hervorrufen. Die Erfahrung hat gezeigt, daß die Schwingungen weiter bestehen, wenn die Feldstärke auf ungefähr ein Zehntel des Anfangswertes gesenkt wird.

Der Einfluß des Materials der Kathodenoberfläche auf die Wirkungsweise der Vorrichtung liegt

auf der Hand. Einer der bequemsten Wege zur Ingangsetzung der Schwingungen ist bei Verwendung der erwähnten Cäsiunnoberfläohen die Belichtung einer der Kathoden. Die Cäsiumoxydoberflächen haben einen außerordentlich niedrigen Wert der Ausfcrittsarbeit, und es können Sekundärelektronen im Verhältnis 4 oder 5 ohne weiteres erzeugt werden. Dies führt offenbar zu einem schnellen Aufbau des Stromes in dem Schwingkreis und einer schnellen und leichten Ingangsetzung. Um die Größenordnung der Konstanten des Stromkreises anzudeuten, sei angegeben, daß eine Röhre der beschriebenen Art mit einem Abstand von 5,5 cm zwischen den Kathoden mit Frequenzen von 30 MHz bis über 100 MHz betrieben wurden. Die Spannungen der Gleichstromquelle, die zur Erzeugung der entsprechenden Elektronenflugzeiten erforderlich waren, schwankten zwischen 250 V für die tieferen und 800 V für die höheren Frequenzen.

Unter diesen Bedingungen konnten ,Schwingungen hervorgerufen werden, indem man die eine Kathode plötzlich belichtet oder indem man den Stromkreis der Spannungsquelle 11 plötzlich schloß oder sogar durch plötzliches Schließen des Stromkreises der Sammelspule. Wenn die Anordnung eine Zeitlang in. Betrieb ist, werden die Kathoden warm, und es wird auf diese Weise die ^; Energie herabgesetzt, die einem auftreffenden Elektron entnommen werden muß, um Sekundäremission einzuleiten. In einem solchen Zustand wird ein Anstoßen der Schwingungen unnötig und diese setzen von sich aus ein.

Obgleich die Größenordnung der Schwiingungsdauer des abgestimmten Kreises etwa dem zweifachen Wert der Laufzeit der Elektronen unter dem Einfluß des von der Gleichstromquelle erzeugten Feldes entsprechen soll, braucht dieser Wert nicht genau eingehalten zu werden. Für jeden Wert der Beschleunigungsspannung gibt es einen ziemlich weiten Abstimmungsbereich, in dem der Kreis schwingt. Innerhalb dieses Bereiches ist die Resonanzfrequenz des abgestimmten Kreises ein Hauptfaktor für die Bestimmung der Schwingungsfrequenz. Geringeren Einfluß haben die Beschleunigungsspannung und ihre Amplitude, da diese letzteren Faktoren die Geschwindigkeit der Elektronen und damit ihre mittlere Laufzeit beeinflussen. Die Stärke des Fokussierfeldes beeinflußt infolige ihrer Wirkung auf die Amplitude und die Länge des Elektronenweges ebenfalls die Frequenz nur in geringem Maße.

Nachdem einmal das System zu schwingen !begonnen hat, wächst die Amplitude der Schwingung ständig, bis die Zahl der von der Anode während jeder Halbperiode aufgefangenen Elektronen gleich dem Überschuß der Sekundärelektronen über die Primärelektronen ist. Wenn das Verhältnis der aufgefangenen Elektronen zur gesamten Elektronenwolke unabhängig von der Dichte derselben wäre, würde die Amplitude bis ins Ungemessene weiter wachsen, da in der erfindungsgemäßen Röhre keine bestimmte Grenze für die Elektronenemission wie bei gewöhnlichen Glühkathodenröhren vorhanden ist.

Beim Betrieb stellt sich jedoch heraus, daß bei größerer Dichte der Wolke auch der Anteil der aufgefangenen Elektronen größer wird, da die stärkere Raumladung bei hohen Dichten die Randelektronen mit größerer Kraft zurückstößt und mehr Elektronen auf die Anode gelangen. Hierdurch wird der Amplitude der Schwingung eine Grenze gesetzt. Es ist jedoch sehr einfach, Röhren zu bauen, bei denen diese Grenze so hoch liegt, daß die Röhre vor Erreichen der Grenze bereits zerstört wird. Es wird daher in manchen Fällen nötig sein, den Fokussierstrom zu verringern, sobald die Schwingungen eingesetzt haben, um eine Zerstörung der Röhre durch zu starke Erhitzung zu vermeiden.

Steigt die Spannung bis zu einem Punkt, an dem die Kurve der Sekundäremission ihren absteigenden Ast besitzt, so wird die Amplitude der Schwingungen selbsttätig begrenzt, da die Spannung ansteigt, bis das Verhältnis der Zahl der Sekundärelektronen zu der Zahl der Primärelektronen so weit sinkt, daß der Elektronen-Überschuß gleich der Zahl der gesammelten Elektronen ist. Die an dem Schwingungskreis liegende Belastung hat ebenfalls einen Einfluß auf die Begrenzung der Amplitude, da die Belastung eine Herabsetzung des Spannungsabfalls in dem Schwingungskreis durch einen Strom bestimmter Größe hervorruft und das Verhältnis zwischen Primär- und Sekundärelektronen beeinflußt. Bei manchen Arbeiten der Belastung ist es wünschenswert, die Röhre in dem absteigenden Bereich arbeiten zu lassen, da in diesem Falle bei einer Vergrößerung der Belastung durch Erniedrigung der Beschleunigungsspannung eine Vergrößerung der Zahl der emittierten Elektronen eintritt. Hierdurch wird der Spannungsabfall gesteigert, und ein neuer Gleichgewichtszustand, der der neuen Belastung entspricht, stellt sich ein.

Das Verhältnis zwischen der Abstimmung des Resonanzkreises und der Flugzeit der Elektronen, die von der Beschleunigungsspannung abhängig ist, begrenzt ebenfalls die Amplitude der Schwingungen.

Eine analytische Ermittlung des Einflusses, den eine Veränderung der Schwingungskomponenten der Beschleunigungsspannung auf die Laufzeit und damit auf die Abstimmung des Resonanzkreises bei maximaler Belastung hat, ist außerordentlich schwierig und noch nicht endgültig geklärt. Im allgemeinen ändert sich die Laufzeit mit der Phase der Emission, mit der Amplitude des "S Potentials der Schwingung und mit der geometriechen Form des elektrostatischen Feldes und desjenigen Teiles des Feldes, in dem eich die Elektronen bewegen. Für jede Schwingungsamplitude wird es nur eine oder höchstens zwei Emissionsphasen¹ geben, für die die Laufzeit genau eine Halbperiode ist, und daraus folgt, daß gewöhnlich eine Phasenverschiebung zwischen der Bewegung einer Gruppe von auftreffenden Elektronen und der Bewegung der davon ausgelösten Sekundärelektronen besteht. Diese Phasen-

verschiebung kann durch eine Vergrößerung der Schwingungsamplitude entweder vergrößert oder vermindert werden. Bei einer Vergrößerung wird eine Begrenzung der Amplitude erreicht; denn die Schwingung wird nachlassen, wenn das größte Emissionsverhältnis bei einer Phase vorhanden ist, bei der die emittierten Elektronen die gegenüberliegende Kathode nicht mehr oder nur mit einer solchen Geschwindigkeit erreichen, die zur Auslösung weiterer Elektronen nicht ausreicht. Aus diesem Grunde soll die Halbperiode des abgestimmten Kreises dieselbe Größenordnung haben wie die Laufzeit. Innerhalb dieser Grenze läßt sich eine Schwingung leicht in Gang bringen und nach Ingangsetzung auf den besten Wert einstellen. Theoretisch können mit der Röhre nach Fig. ι auch Schwingungen erzeugt werden, wenn die Laufzeit ein ungerades Vielfaches der Halbwellen ist; die Ingangbringung solcher Schwingungen ist jedoch

so schwierig, wenn die Zeit größer ist als eine Halbperiode.

Eine andere Art der Amplitudenbegrenzung wird aus Fig. 2 ersichtlich. Die Anordnung dieser Figur stimmt mit der Fig. ι überein, mit der Ausnähme, daß die Gleichstromkomponente der Spannungsquelle 11 durch eine Spule 20, welche die Röhre umgibt, geleitet wird. Die Spule wird in der Regel so angeschlossen, daß das Hauptfeld verstärkt wird, wenn eine Abnahme des Fokussierstromes die Intensität der Schwingung steigert, so daß eine weniger günstige Bedingung für die Schwingungen entsteht und die Ausgangsleistung begrenzt wird.

Es ist keineswegs erforderlich, daß eine Spule zur Erzeugung des Komzentrationsfeldes vorgesehen ist. Fig. 3 zeigt die Anordnung einer Röhre im Innern einer magnetischen Anordnung, die eine ähnliche Wirkung hervorruft. In dieser Figur sind die Verbindungen nicht dargestellt, da sie entweder nach Fig. 1 oder 2 vorgenommen werden können. Die Röhre 21 ist zwischen Polschuhen 22 angeordnet, die das magnetische Feld der Dauermagnete 24 sammeln und ausrichten.

Zur Konzentration der Elektronenwalke können elektrostatische und auch elektromagnetische Verfahren verwendet werden. In den Röhren nach Fig. i, 2 und 3 sind die elektrostatischen Felder stark gekrümmt und die elektromagnetischen Fokussierfelder werden benötigt, um die Elektronen zwischen dta Kathoden zu führen. In der Röhre nadh Fig. 4'SMHi die Kraftlinien des elektrostatischen Feldes im Bereich der Elektronenbewegung im wesentlichen geradlinig und die Röhre kann daher ohne.Anbringung eines elektromagnetischen Sammelfeldeis betrieben werden. Die Röhre enthält eine Hülle 25, in der die zweckmäßig leicht konkaven, einander gegenüberliegenden Kathoden 26 in ähnlicher Weise wie bei den bisher beschriebenen Röhren angebracht sind. In der Mitte zwischen den Kalihoden, befindet sich ein-leitendes Band 27, das sich an die Wandung der Hülle anlegt und mit einem Leiter 29, der durch die Röhrenwandung hindurchgeht, verbunden ist. In der Mitte des Bandes ist eine ringförmige Blende 30 angebracht, in deren Öffnung ein Netz oder Gitter 31 ausgespannt ist. Dieses Netz besteht zweckmäßig aus feinstem Draht und besitzt weite Maschen, so· daß die Gesamtfläche, die sich den Elektronen in den Weg stellt, außerordentlich klein im Verhältnis zu der Gesamtöffniung der Blende ist.

Bei einer solchen Anordnung sind die Kraftlinien zwischen den Rändern der Kathode und der Anode leicht gekrümmt. Diei Kraftlinien in der Mitte der Röhren sind jedoch nahezu geradlinig. Die Möglichkeit, daß ein vom mittleren Teil einer Kathode ausgehendes Elektron von der Anode aufgefangen wird, ist sehr gering, da die Bahnen nahezu gerad^L linig verlaufen. Die Inbetriebnahme dieser Röhre ist etwas schwieriger als die der Röhren mit magnetischem Fühningsfeld. Die Röhre ist jedoch betriebsfähig und hat den Vorteil, daß keine äußeren Fokussieireinrichtungen notwendig sind.

Während die Röhre der Fig. 4 in derselben Schaltung' wie die vorher beschriebenen Röhren verwendet werden kann, ist ihre Benutzung auch in einer anderen Schaltung, z. B. nach Fig. 5, infolge der Eigenschaft der Anode als elektrostatischer Schirm möglich. Nach Fig. 5 sind die beiden Kathoden miteinander verbunden, und der die Induktivität 35 und den Kondensator 36 enthaltende Sahwingungskreis liegt zwischen der Verbindungsstelle der beiden Kathoden und der Anode unter Zwischenschaltung einer Spannungsquelle 37. Die negative Seite der Spannungsquelle ist geerdet ebenso wie eine Seite des Resonanzkreises. Der Resonanzkreis ist auf eine Frequenz abgestimmt, deren volle Schwingungszeit ungefähr gleich der Flugzeit der Elektronen zwischen den Kathoden ist.

Ein von einer der Kathoden ausgehendes Elektron wird von der Anode angezogen und braucht etwa die Zeit einer halben Schwingung, um sie zu erreichen. Liegt die Phase des in dem Schwingungskreis durch den von der Kathode ausgehenden Elektronenstrom erzeugten Potentials richtig, so kehrt sich das Vorzeichen der Spannung um, wenn die Elektronen durch das Gitter 31 treten, so daß das Poitential die Elektronen auf ihrem weiteren Weg in der Röhre noch weiter beschleunigt und ein Aufprallen derselben auf der Kathode und eine Sekundäremission erzeugt. Bei Benutzung dieses Stromkreises werden im allgemeinen zwei ElektKMienwoliken in entgegengesetzten Richtungen durch die Röhre oszillieren und etwa in der Gegend der Anode einander durchsetzen.

Die Anordnung schwingt weniger leicht ails die ¹IS vorher beschriebene, da nur einmal während jeder Periode Energie aus der Gleichstromquelle entnommen wird anstatt der zweimaligen Entnahme in den vorher erwähnten Fällen. Die Anordnung hat jedoch das "besondere Merkmal, daß die Kapazität zwischen den Kathoden und der Anode bei derselben Betriebsfrequenz geringer ist, so daß besonders bei hohen Frequenzen Vorteile vorhanden sind.

Fig. 6 zeigt eine Ausführungsfoirm, in der nur eine einzige sekundäremittierende Kathode vorhan-

den ist. Die Kathode^o befindet sich- an einem Ende der evakuierten Hülle 41. In der Nähe des anderen Endes ist eine Anode 42 derselben Art, wie sie in Fiig. 4 'beschrieben wurde, vorgesehen, und unmittelbar hinter dieser Anode befindet sich eine Hilfs kathode 44, welche keine fotoelektrische Oberfläche zu haben braucht. Eine Sammelspule 45 wird von einer Batterie 46 über einen Widerstand47 gespeist; es können auch andere Mittel elektromagnetischer oder elektrostatischer Art zur Führung der Elektronen benutzt werden.

Ein Schwimigungsfcreis 49 liegt in Reihe mit der Kathode 40 und der Anode 42 über eine Beschleunigungsspannungsquelle 50. Eine "Verbindung 51 ist zwischen der negativen Seite der Spannungsquelle 50, einer Vorspannungsquelle 52 und der Hilfsfcathode 44 vorgesehen. Die Vorspannungsquelle 52 hat eine solche Spannung, daß die Hilfskathode gegenüber der Kathode 40 stets negativ ist. Diese Vorrichtung arbeitet im wesentlichen genau so wie die eine Hälfte der Röhre nach Fig. S. An der Kathode 40 ausgelöste Elektronen erreichen die Anode in etwa einer halben Periode. Nach dem Durchgang* durch die Anode werden sie sofort durch das Feld zwischen der Anode und dier Hilfskathode in ihrer Richtung -umgedreht und kehren durch die Anode mit derselben Geschwindigkeit, mit der -sie sie erreicht haben, zurück. In diesem Augenblick jedoch ist die Spannung, zwischen der Anode und Kathode umgekehrt worden, so daß die Elektronen nach etwa einer vollen Periode nach ihrer Auslösung an der Kathode 40 wieder auf die Kathode auftreffen, und zwar mit einer Geschwindigkeit, die dem Integralwert der Spannungen entspricht, die die Elektronen während ihres Fluges durchlaufen haben, Die Auslösung zusätzlicher. Sekundärelektronen und die Wiederholung des Vorganges entspricht den bisher beschriebenen Beispielen.

Der Stromkreis der Fig. 6 hat dieselben Naahteile im Vergleich zu dem der Fig. 1 und 2 wie der der Fig. 5, mit dem zusätzlichen Nachteil, daß eine bestimmte Zahl von Elektronen jedesmal beim Passieren der Anode 42 aufgefangen wird. Nachdem die Schwingung einmal in Gang gekommen ist, ist dieser Nachteil nicht sehr wesentlich, er erschwert jedoch das Ingangbringen der. Schwingungen. Andererseits ist die Anoden-Kathoden<Kapaziität, die an dem S-dhwingungskreis liegt, nur halb so groß wie die der Röhre nach Fig. 5. Die Anwendung einer solchen Anordnung kamin daher unter bestimmten Voraussetzungen berechtigt sein, selbst wenn ein BJilfssohwingungserzeugieir notwendig wird, um die Schwingungen in Gang zu bringen, und der später entfernt wird. Die Wirkungsweise des beschriebenen Schwingungserzeugers hängt von eimer ganzen Anzahl von Faktoren ab·, so daß infolge der gegenseitigen Beeinflussung dieser Faktoren eine Änderung· eines einzigen Faktors im manchen Fällen gerade die entgegengesetzte Wirkung hat, als man. zunächst erwarten könnte. So' wird z. B. gewöhnlich durch eine Belastung dbs. Schwingungserzeugers sowohl die Phase als auch die Größe des Potentials in dem Schwiingungskreis 'geändert, und die Intensität der Schwingung wächst selbst, wenn die Röhre· in dem ansteigenden Ast der Kurve der Sekundäremission arbeitet. Ähnliche besondere Vorgänge treten auf, wenn eine Steigerung des Fofcussierfeldes die Sahwingungsenergie steigert, anstatt sie wie gewöhnlich zu verringern. Ein abweichendes Verhalten dieser oder ähnlicher Art ist wahrscheinlicher, je weiter die Grenzbedingungen für die Selbsterregung angenähert werden, denn unter diesen· Bedingungen kann ein geringer oder sekundärer Einfluß in Zusammen Wirkung mit dem begrenzenden Faktor die gewöhnlich beherrschenden Einflüsse übertreffen.

Eine etwas ähnliche Situation ergibt sich mit Bezug auf das günstigste Vakuum in der Röhre. Alle .anfänglichen Versuche mit der Vorrichtung wurden mit möglichst hohem Vakuum durchgeführt, d^!. h. einem Vakuum, das wesentlich höher lag als das dar gewöhnlichen Dreipolröhren, Gasentladungsröhren oder Röntgenröhren. Ionisierungseroctoeiinungen im Innern der Röhre durch Kollision sind unerwünscht. Es hat sich jedoch gezeigt, 'daß kleine Beträge von an den Elektroden adsorbiertem Gas vorteilhaft sind, wenn eine hohe sekundäre Emission erwünscht ist, und es ist daher wahrscheinlich, daß ein Betrieb der Vorrichtung durch die Anwesenheit von kleinen Mengen trägen Gases, wie Helium, Neon oder anderen Gasen derselben Gruppe, erleichtert wird, solange der mittlere freie Weg der Elektronen in der Röhre langer ist als der Abstand der Elektroden.

Claims (18)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Erzeugung von elektrischen Schwingungen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Elektromenstrom mit solcher Geschwindigkeit gegen eine sekumdäremissionsfähige Oberfläche geleitet wird, daß beim Auftreffen eine Anzahl von Sekumdärelektronen erzeugt wird, -die größer ist als die Zahl der Primärelektronen, und daß ein von dem Strom der Sekundärelektronien in einem angeschlossenen' Wechselwiderstand erzeugter Spannungsabfall benutzt wird, mm die Sekundäxelektronen so· zu beschleunigen, daß sie auf einer anderen oder derselben Fläche in ebensolcher Weise auftrennen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeidhnet, daß die Elektronen in Form einer •mit Hilfe von Beschleunigungsispannungen in einer Elektronienbahn zum Schwingen gebrachten Elektronen wolke an. den Enden der Bahn Sekundärelektronen in solchem Maße auslösen, daß die Zahl der schwingenden Elektronen nicht abnimmt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadiurch 'gekennzeichnet, daß der schwingenden Elektronenwolke bei jeder Schwingung Elektronen entzogen werden und daß bei jedem Auftreffen 'der Elektronen am Ende 'der Bahn so* viele

Selcundäreleiktronen erzeugt werden, daß die ZaW der entnommenen Elektronen voll ersetzt wird und die Zahl der schwingenden Elektronen aufrechterhalten bleibt.

4. Schwingungserzeuger gemäß einem Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine durchbrochene Beschleuiniguingselektrcde (Anode) und eine oder mehrere Kathoden, an der bzw. denen beim Auftreffen

ίο von Elektronen eine die Zahl der Primärelektronen übersteigende Zahl von Sekundärelektronen auisgelöst werden, in einer evakuierten Hülle angeordnet und mit Schaltelementen verbunden sind, durch die eine an den Elektroden liegende Spannung derart periodisch verändert wird, daß die im Raum zwischen den Elektroden 'befindlichen Elektronen periodisch zum Auftreffen auf die Kathode bzw. Kathoden gebracht werden.

5. Schwingungserzeuger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein zwischen den Elektroden und einer Spannungsquelle liegender Schwingungäkreis derart angeordnet und abgestimmt ist, daß der von dem Elektronenstrom in dem Kreis erzeugte Spannungsabfall immer in solcher Phase· an den Elektroden auftritt, daß die Gesamtzahl der ausgelösten Elektronen steigt.

6. Schwingungserzeuger nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch zwei einander gegenüberliegende Kathoden und eine in der Mitte zwischen diesen angeordnete durchbrochene Beschleunigungselektrode (Anode).

7. Schwingungserzeuger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungselektrode (Anode) so angeordnet ist, daß sie eine Anzahl der Elektronen auffängt, aber den größten Teil das Raumladestromes zwischen den Kathoden durchläßt.

8. Schwingungserzeuger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenoberfläche aus fotoelektrischem Material besteht.

9. Schwingungserzeuger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode ringförmig ausgebildet ist.

io.- Schwingungserzeuger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode als Gitter ausgebildet ist, dessen Geisamtöffnungsflädtoe im Verhältnis zur undurchlässigen Fläche groß ist.

11. Schwingungserzeuger nach. Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Impedanz, die von dem Strom der Sekundärelektronen durchflossen wird und deren Spannungsabfall dazu benutzt wird, die von der einen Kathode ■stammendien Elektronen in Richtung der anderen Kathode über die Anode hinaus zu beschleunigen.

12. Schwingungserzeuger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen Anode und Kathode liegende Spannung so> eingestellt ist, daß die Sekundäremission in genügender Stärke eintritt.

13. Schwingungserzeuger nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle zwischen der Anode und einem mittleren Anzapfpunkt einer Induktivität des Schwingungskreises liegt.

14. Schwingungserzeuger nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Konzentration eines Teiles der Sekundärelektronen, um die Elektronen an der Anode vorbei in Richtung der anderen Kathode zu bewegen.

15. Schwingungserzeuger nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Kathoden ein magnetisches Feld in Längsrichtung der Elektronenbahn vorhanden ist.

16. Schwingungserzeuger nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des magnetischen Feldes eine die Röhrenhülle umgebende Spule vorgesehen ist.

17. Schwingungserzeuger nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des magnetischen Feldes ein permanentes Magnetsystem vorgesehen ist.

18. Schwingungserzeuger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungskreis entsprechend der Laufzeit der Elektronen, die von der Beschleunigungsspannung abhängt, abgestimmt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

9623 4.