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Elektrische Steuereinrichtung für mehrere in einem Entladungsgefäß
erzeugte Elektronenbündel Die Erfindung befaßt sich mit Anordnungen, bei denen im
Entladungsraum eines üblichen, durch Kathode und Anode bzw. durch Kathode, ein oder
mehrere Gitter und Anode charakterisierten Elektrodensystems Elektronenbündel erzeugt
werden.
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Es sind bereits Elektronenröhren bekannt, bei denen durch Formgebung
einzelner Elektroden Elektronenbündel auftreten. Es sind auch Elektronenröhren bekannt,
bei welchen Elektronenstrahlen auf Grund der Anodenspannungsänderung aus ihrer Richtung
abgelenkt werden. Auch wurden bereits Elektronenröhren beschrieben, bei welchen
durch das Potential der Streben des Steuergitters der Öffnungswinkel des Elektronenstrahls
zwangläufig vergrößert oder verkleinert wird. Ferner ist es bei Kathodenstrahlröhren
bekannt, deren Strahl durch elektrostatische Felder abzulenken. Schließlich sind
noch Elektronenröhren bekannt, bei welchen aus Wärmegründen eine Verteilung des
Elektronenstromes auf der Anode erfolgt. Der Elektronenstrahl ist dabei nicht gesteuert,
sondern sein Öffnungswinkel verändert.
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Bei allen diesen bekannten Anordnungen erfolgt die Ablenkung oder
Vergrößerung des Öffnungswinkels des Elektronenstrahls außerhalb der Raumladung.
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Die Erfindung schlägt im Gegensatz dazu eine elektrische Steuereinrichtung
für mehrere in einem Entladungsgefäß erzeugte Elektronenbündel vor, bei welchen
die Lage dieser Bündel durch eine oder
mehrere im Wirkungsbereich
eines Raumladegitters befindliche Steuerelektrode(n) derart zu beeinflussen ist,
daß die Elektronenbündel auf Systemteile mit verschiedenen Entladungseigenschaften
auftreffen. Die Steuerelektroden können gleichzeitig Erzeugende des Elektronenbündels
sein.
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Das Entladungsgefäß ist nun der Erfindung gemäß so angeordnet und/oder
ausgeführt, daß das bzw. die Elektronenbündel durch diese Lageänderung auf Systemteile
mit verschiedenen Entladungseigenschaften, z. B. verschiedenen Verstärkereigenschaften,
gelenkt werden. Die verschiedenen Entladungseigenschaften oder Verstärkereigenschaften
werden beispielsweise durch verschiedene mit der Lage des Elektronenbündels im Zusammenhang
stehende Durchgriffe oder Steilheitswerte erzielt. Die Anwendung und die Vorteile
von Entladungssystemen gemäß der Erfindung sind mannigfaltig. Es lassen sich beispielsweise
Systeme herstellen, bei denen sich nach der räumlichen Dimensionierung der Entladungsanordnung
bezüglich des zur Anode übergehenden Elektronenstromes Steuerkennlinien besonderer
Form erzielen lassen; beispielsweise Kennlinien, bei denen der Strom bei stetig
veränderlicher Steuerspannung ein Maximum oder Minimum durchläuft oder solche, bei
denen eine möglichst weitgehende Linearität zwischen Anodenstrom und Steuerspannung
erzielt wird u. dgl. Weiterhin lassen sich mit diesem Steuerprinzip in einfacher
Weise Systeme herstellen, mit denen eine doppelte oder mehrfache Steuerung des zur
Anode übergehenden Stromes bei verschiedenster Form der Steuerspannungskennlinie
ermöglicht wird. Besondere Ausführungsformen derartiger Systeme sind unter anderem
auch noch dadurch ausgezeichnet, daß die Einhaltung bestimmter elektrischer Werte
mit kleinerem Aufwand möglich ist als mit den Systemen bekannter Art, z. B. mit
solchen, bei denen zwei hintereinander angeordnete Steuergitter wirksam sind und
bei denen die gegenseitige Lage zweier in Richtung des Elektronenweges aufeinanderfolgender
Windungen der beiden Gitter in stärkerem Maße auf die Entladungseigenschaften eingeht.
Eine derartige Systemeigenschaft ist zum Teil dann von Bedeutung, wenn gute elektrische
Symmetrieeigenschaften, z. B. bei Doppelsystemen gefordert werden. Insbesondere
ergibt sich bei den Anordnungen gemäß der Erfindung eine einfache Vorrichtung zur
Doppelsteuerung und auch zur Steuerung von Mehrfachsystemen, welche in radialen
Abschnitten um eine axiale Kathode angeordnet sind.
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Durch die Anordnung der Steuerelektroden innerhalb der Raumladung
wird die Steuerempfindlichkeit wesentlich erhöht, da dort die Elektronengeschwindigkeit
noch äußerst klein ist. Dies ist ein besonderer Vorteil gegenüber allen bisher bekannten
Anordnungen, bei welchen die Beeinflussung des Elektronenstrahls außerhalb der Raumladung
erfolgt. Diese Beeinflussung außerhalb der Raumladung ist -insbesondere bei kleinem
Laufweg, wie dies bei Elektronenröhren der Fall ist - äußerst gering.
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An Hand der Ausführungsbeispiele der Zeichnungen Fig. i bis 14 sei
im folgenden die Erfindung näher erläutert. Fig. i zeigt den Systemquerschnitt einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die vorzugsweise axiale Kathode r ist
von vier Steuerelektroden 2a, 2b, 3a. 3b, einem Gitter q., das für Steuerzwecke
benutzt werden und sich auf einem beliebigen Potential befinden kann, und der Anode
5 umgeben. Besondere Ausführungsformen bevorzugen ein vom Kathodenpotential nicht
wesentlich verschiedenes Potential, während andere positivem, bis zur Anodenspannung
anwachsendem Potential den Vorzug geben. Die Steuerelektroden 2" und 2b sowie 3a
und 3b sind in den angegebenen Ausführungsbeispielen miteinander verbunden, sie
können jedoch auch voneinander elektrisch getrennt zur Anwendung kommen. Entsprechend
der Anordnung der Steuerelektroden 2 und 3 werden in dem Entladungssystem vier begrenzte
Elektronenbündel erzeugt, deren räumliche Anordnung durch die Spannungsverhältnisse
der an den Elektroden angelegten Spannungen, in starkem Maße jedoch von den Steuerelektrodenspannungen
2 und 3 abhängig ist. Sind die Spannungen der Elektroden 2 und 3 gleich, so nehmen
die vier Bündel ungefähr eine Lage ein, wie es in der Fig. i durch Schraffur angedeutet
ist. Werden die Spannungsverhältnisse in geeigneter Weise geändert, z. B. dadurch,
daß die Elektrodenspannung 3 erhöht und die von 2 erniedrigt wird, so wird das Elektronenbündel
je nach der Höhe der Spannungsänderung von der Elektrode 2 entfernt bzw. der Elektrode
3 genähert. Der zur Anode übergehende Entladungsstrom ist nun in starkem Maße von
dem Durchgriff der Anode 5 durch das Gitter q. abhängig. Infolge der besonderen
Formgebung des Anoden- bzw. Gitterprofils, dessen Haupteigenschaft ein entlang des
möglichen bzw. beabsichtigten Entladungsweges der gebündelten Elektronen verschiedenartiger
Anodendurchgriff darstellt, wird der Entladungsstrom der Anode 5 von den Spannungsverhältnissen
der Elektroden :z und 3 beeinflußt. Die steuerbaren Elektroden 2, 3 und q: sind
bezüglich des steuerbaren Entladungsstromes voneinander abhängig. Dies kann in vorteilhafter
Weise dann ausgenutzt werden, wenn besondere Steuereffekte von zwei oder mehr voneinander
abhängigen Steuerspannungen erzielt werden sollen. Die gegenseitige Abhängigkeit
läßt sich in weiten Grenzen durch die zweckmäßige Dimensionierung des Entladesystems,
insbesondere durch die besondere Formgebung der Gitter, erzielen. Die Gitter können
z. B. längs des Kathodenumfanges einen verschiedenen Kathodenabstand aufweisen.
Es ergeben sich dann Gitterprofile, die den in den Ausführungsbeispielen aufgezeigten
Anodenprofilen ähnlich sind.
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Andere Ausführungsbeispiele ergeben sich dann, wenn Teile des Gitters
die in der Fig. io gezeigte Form aufweisen. Die Herstellung solcher Gitter kann
durch Profilierung normaler Gitter erfolgen, es ist jedoch auch möglich, sie gleich
von vornherein auf diese Art zu wickeln. Es können natürlich auch Stanzgitter Verwendung
finden, die aus Teilen, wie sie in den Fig. 1i, 12, 13 wiedergegeben sind,
zusammengesetzt sind. Die Ausführungsform der Fig. 13 wird man dann allerdings zweckmäßig
nicht mehr mit Steuergitter, sondern vielmehr mit Blende bezeichnen. Die
Anode
kann bei diesen Ausführungsbeispielen die in der Fig. 1q. aufgezeigte Form aufweisen.
Die Bezugszeichen dieser Figuren bezeichnen die gleichen Elektroden wie die der
Fig. i. Es ist natürlich möglich, mit den verschiedenen Gitterausführungen auch
die verschiedenen Anodenausführungen zu kombinieren. Ferner besteht die Möglichkeit,
die verschiedenen Gitterformen, wie sie in den Fig. io, 1i, 12, 13 gezeigt wurden,
mit einem weiteren Gitter zu umgeben. Dieses Gitter kann als Raumladegitter aufgefaßt
werden und kann auch mit dem davorliegenden Steuergitter öder mit den Blenden innerhalb
oder außerhalb des Rohres elektrisch verbunden sein. Es ist sogar möglich, die beiden
Gitter als eine Einheit auszuführen.
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Eine etwas abgeänderte Ausführungsform der Erfindung zeigt die Fig.
2. Hier dienen die Haltestreben des Gitters q. gleichzeitig als Erzeugende des Elektronenbündels.
Das Gitter q. kann wieder gegenüber der Kathode an jede beliebige Spannung gelegt
werden. Eine große Steuerfähigkeit des zur Anode übergehenden Entladungsstromes
durch die Steuerelektrode 2 wird aber dann erzielt, wenn durch das Gitter q. eine
elektronische Raumladung erzeugt wird. In noch stärkerem Maße als bei der Ausführungsform
der Fig. i wird durch die besondere Formgebung der Anode 5 eine stärkere Abhängigkeit
der Entladungseigenschaften von der Lage der Elektronenbündel erzielt.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt die Fig. 3. Diese Entladungsanordnung
stellt ein mehrfach steuerbares Doppelsystem, bestehend aus den Entladungskreisen
der symmetrisch angebrachten Anoden 5" und 5b dar. Die zu den Anoden 5a und 5b übergehenden
Entladungsströme lassen sich bei verschiedenen Spannungen an den Elektroden 2" und
2b in asymmetrischer Weise, durch eine veränderliche Spannung am Gitter q. in symmetrischer
Weise beeinflussen.
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Eine andere Ausführungsform mit ähnlicher Steuerfähigkeit zeigt die
Fig. q.. Die symmetrische Beeinflussung der beiden Entladungskreise der Anoden
5"
und 5b lassen sich hier durch die Gitter q.a und q.b in asymmetrischer
Weise und durch die elektrisch zusammengeschalteten Steuerelektroden 2" und 2b in
symmetrischer Weise beeinflussen.
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In Fig. 5 wird eine besondere Ausführungsform für die Anode wiedergegeben.
Durch die Formgebung der Anode wird erreicht, daß der Durchgriff der Anodenelemente,
die den Steuerelektroden benachbart sind, größer ist als der Durchgriff der Elemente,
die davon weiter entfernt sind. Wird bei einem derartigen Entladungssystem die gegenseitige
Spannung der Elektroden 2" und 2b bzw. 3a und 3b stetig verändert, so durchläuft
der in Anode 5 auftretende Entladungsstrom ein Minimum. Dies ist gemäß der Fig.
5 etwa dann der Fall, wenn die Elektroden 2" und 2b gegenüber den Elektroden 3"
und 3, keinen Spannungsunterschied aufweisen.
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Das Ausführungsbeispiel der Fig.6 unterscheidet sich von der Fig.
i dadurch, daß die Anode aus drei Teilen besteht. Die über diese Anodenteile fließenden
Ströme weisen je nach den an den Steuerelektroden 3a und 3, bzw. 2" und 2b
angelegten Spannungen verschiedene Werte auf. Werden die einzelnen Anodenteile 5,
5a, 5v miteinander verbunden, so ergeben sich Steuerverhältnisse ähnlich wie in
dem Ausführungsbeispiel der Fig. i. Die zu den Anodenteilen 5, 5" und
5, übergehenden Teilströme sind entsprechend der Lageänderung der Elektronenbündel
in besonderer Weise von der an den Steuerelektroden angelegten Spannungen abhängig.
Dies kann zur Erzielung besonderer Steuereffekte ausgenutzt werden.
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Die Ablenk- und Steuerelektroden können in beliebiger Zahl erhöht
werden, wie dies aus dem Beispiel der Fig. 7 hervorgeht.
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Es ist einleuchtend, daß sich die verschiedenen Ausführungsbeispiele
in geeigneter Weise kombinieren lassen, ferner ist es selbstverständlich, daß an
Stelle der Anoden Schirmgitter vorgesehen werden können. Die Anode ist dann als
zusätzliche Elektrode außerhalb der Schirmgitterelektrode angebracht.
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Ausführungsbeispiele, bei denen die Bildung der Elektronenbündel nicht
in radialen, sondern in axialen Abschnitten der Kathode erfolgt, sind in Fig. 8
und 9 angegeben. Die Kathode i ist von zwei Gittern 2 und 3, die eineinandergeschachtelt
sind, und der besonders profilierten Anode 5 umgeben.
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In dem Ausführungsbeispiel der Fig.9 ist die Kathode von zwei Gittern
2 und 3, die einen verschiedenen Kathodenabstand aufweisen, einem Schirmgitter 5
und Anode 7 umgeben.