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Schaltröhre für hohe Leistungen Das Prinzip der heute gebräuchlichen
und bekannten Elektronenstrahlschalter besteht darin, daß ein scharf gebündelter
Elektronenstrahl in zeitlicher Aufeinanderfolge über mehrere Elektroden läuft und
die Spannungsabfälle, die beim Vermeiden des Elektronenstrahls an den Ableitungswid:erständen
der Elektrodenentstehen, über Verstärkerzwischenglieder zu Schaltungen benutzt werden.
Je nach der Frequenz .des Hin- und Her= gangs oder Umlaufs und der Zahl der Elektroden
kann auf diese Weise eine sehr hohe Zahl von Schaltungen pro Sekunde vorgenommen
werden.
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So ist z. B. bereits ein Elektronenstrahlschalter bekanntgeworden,
bei dem der Elektronenstrahl von einer verhältnismäßig kleinflächigen Kathode ausgeht
und auf seinem Weg zu den Abnahmeelektroden durch Ablenkplatten gesteuert wird.
Eine solche Anordnung hat aber den Nachteil einer kleineren Schaltleistung.
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Im Gegensatz hierzu betrifft die vorliegende Erfindung keine Schaltröhre
für .eine beliebig häufige Zahl der Ein- und Ausschaltungen einer im allgemeinen
kleinen Leistung, sondern eine Schaltröhre für die einmalige Ab- bzw. Einschaltung
einer sehr hohen Leistung, wobei zur Vermeidung von überspannungen der Schaltvorgang
in kurzer Zeit kontinuierlich erfolgen soll. Es handelt sich dabei beispielsweise
um Stromstärken von Zoo A, die bei Spannungen von 2ooooo Volt geschaltet werden
sollen.
Würde man nun versuchen, für .diesen Zweck an Stelle der
beschriebenen Schaltröhren die für größere Leistungen gebräuchlichen Großsenderöhren
zu verwenden, dann würde sich eine Reihe von Schwierigkeiten ergeben, welche die
praktische Durchführung dieses Gedankens verhindert. Will man aus der Kathode einer
gebräuchlichen Großsenderöhre so große EmissIoausströme gewinnen, wie sie für den
vorliegenden Zweck notwendig sind; dann muß man die Röhre mit stark positivem Gitter
betreiben; dadurch käme es aber bei den bekannten Senderöhren zu einer überlastung
des Gitters. Auch die Spannungsfestigkeit der gebräuchlichen Röhren würde nicht
ausreichen, und die Anodenverlustleistung bei vollem Strom und hoher Spannung wäre
viel zu groß.
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Diese Schwierigkeiten werden durch die Verwendung der Schaltröhre
nach der Erfindung vermieden. Die erfindungsgemäße Schaltröhre ist gekennzeichnet
durch eine großflächige Kathode, die einen _ Vorrat an emissionsfähigen, insbesondere
barium- oder thoriumhaltigen Stoffen besitzt, der mit Drähten, Bändern oder porösen
Blechen aus Wolfram oder Molybdän überdeckt ist, und eine oder mehrere zwischen
.der Kathode und Anode angebrachte Hilfselektroden, welche so ausgebildet sind,
daß sie, gegebenenfalls zusammen mit einer oder beiden Hauptelektroden, eine elektrische
Linse bilden, welche die Elektronenbahnen derart konzentriert, daß die Elektronen
nicht oder nur in geringer :Menge auf die Hilfselektroden auftreffen, während sich
das Elektronenstrahlbündel nach seinem Durchtritt durch die Hilfselektroden wieder
so verbreitert, daß sich die auf die Anode auftreffenden Elektronen auf eine große
Fläche verteilen.
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Durch die Verwendung einer großflächigen Kathode wird der für gnoäe
Schaltleistungen benötigte Elektronenstrom sichergestellt. Dadurch besteht aber
die Gefahr, daß erhebliche Teile des Elektronenstromes auf die Hilfselektroden auftreffen.
Um dies zu verhindern, sind die Hilfselektroden so ausgebildet, daß sie, gegebenenfalls
zusammen mit einer oder beiden Hauptelektroden, eine elektrische Linse bilden, welche
die Elektronenbahnen derart konzentriert, .daß die Elektronen nicht oder nur in
geringer Menge auf die Hilfselektroden auftreffen. Dieses Problem tritt bei der
oben beschriebenen bekannten Anordnung mit kleinflächiger Kathode aber überhaupt
nicht auf. Durch die Bündelung des Elektronenstrahles entsteht nunmehr aber die
weitere Gefahr einer unzulässig hohen Flächenbelastung der Anode.
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Deshalb wird gemäß der Erfindung weiter vorgeschlagen, die elektrische
Linse so auszubilden, daß sich :das Elektronenstrahlbündel nach seinem Durchtritt
durch die Hilfselektroden weder so verbreitert, @daß sich die auf die Anode auftreffenden
Elektronen auf eine große Fläche verteilen.
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Durch diese Maßnahmen wird einerseits die Überlastung der Hilfselektroden
vermieden, andererseits aber auch die Flächenbelastung der Anode wesentlich verkleinert.
Die Aufprallfläche der Anode kann ohne weiteres ein Mehrfaches der Oberfläche der
Kathode betragen. Eine Änderung der Spannung an den Hilfselektroden von negativen
nach positiven Werten erlaubt eine Regelung des Röhrenstromes von Null bis zu seinem
Höchstwert.
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Ein Ausführungsbeispiel für eine Röhre nach der Erfindung ist in Fig.
i dargestellt.
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Das Elektrodensystem der Röhre besteht aus einer vorzugsweise nach
zwei Seiten emittierenden, vorzugsweise indirekt geheizten Flächenkathode i, zwei
Hilfselektroden 2 und 3 und der z. B. wassergekühlten Anode 4. Die Teile der Kathode,
die emittieren sollen, sind durch Pfeile gekennzeichnet. Durch Anlegen von verschiedenen
Spannungen an die Hilfselektroden 2 und 3 und auch durch Mitwirken der Anode entsteht
nun vor der Kathode eine .elektrische Zylinderlinse, die die Elektronen zunächst
in einen scharfen Strich S konzentriert. Die Folge davon ist, daß weder auf die
Elektrode 2 noch auf die Elektrode 3 Elektronen auftreffen. Hinter dem Konzentrationsstrich
5 laufen die Elektronen auseinander und treffen dann in der Fläche F auf die Anode
auf. Durch weiteres Entfernen der Anode,4 von .der Kathode i kann die Fläche F leicht
vergrößert und demgemäß die Flächenbelastung der Anode bis zum zugelassenen Wert
verkleinert werden. Durch Regeln der Spannung an 2den Elektroden 2 oder 3 oder an
beiden kann nun der Emissionsstrom von Null bis zum Höchstwert geändert werden.
Da die Elektroden 2 und 3 keinen Strom aufnehmen, erfolgt die Regelung leistungslos,
und die Hilfselektroden werden nicht erwärmt.
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Natürlich könnte eine Zylinderlinse vor der Kathode auch durch idie
Elektroden 2 und 4 unter Weglassung der Elektroden 3 zustande kommen. Bei großer
Entfernung von der Anode- muß die Spannung an 2 sehr groß sein, um dien notwendigen
Emissionsstrom zu erzielen. Dadurch kann @es vorkommen, daß ein Teil des Emissionsstromes
auf die Hilfselektrode auftrifft und d,aß außerdem die spez.i.fischeFlächenbelastung@der
Anode verhältnismäßig groß wird. Man wird daher von -einer solchen Anordnung im
allgemeinen nur bei mittleren und kleinerenLestungenGebrauch machen.
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Die Spannungen an 2 und 3 werden so gewählt, daß gleichzeitig der
volle Emissionsstrom fließen kann und die entstehende Linse eine kurze Brennweite
hat, d. h. .der Konzentrationsstrich 5 in möglichster Nähe .der Kathode entsteht
und' der Öffnungswinkel hinter 5 groß wird. Bei Vornahme einer Schaltung, also bei
Verändern einer oder mehrerer Spannungen, könnte unter Umständen der Konzentrationsstrich
5 wandern und der Öffnungswinkel kleiner werden, so daß eine wenn auch kurzzeitige
Überlastung der Anode auftritt. Zur Verhütung wird man zweckmäßigerweise die Spannungen
an einem Potentiometer abgreifen. Dadurch bleibt .die Brennweite der Linse und damit
die Lage von 5 erhalten. Für diese Röhre wird zweckmäßigerweise eine Kathode verwendet,
bei
der, wie in Fig.2gezeigt, ein großer Vorrat 6 von Barium- oder thoriumhaltiger Substanz
durch Drähte 7 aus Wolfram oder Molybdän oder durch poröses Wolfram oder Molybdän
überdeckt ist (Fig. 2). Diese indirekt geheizte Kathode hat eine große Lebensdauer,
braucht eine verhältnismäßig kleine Heizleistung und kann leicht in der fürdiese
Zwecke gebrauchten Form hergestellt werden. Zum Beispiel ist es auch möglich, eine
Anordnung zu treffen, bei der die Emission nach vier Richtungen erfolgt, ohne daßdabei
.die Elektrode z oder 3 Strom aufnimmt. Dies hat bei der geforderten Stromstärke
eine weitere starke Verringerung der Flächenbelastung der Anode zur Folge. Eine
derartige Anordnung zeigt Fig. 3. Bei dieser Figur sind die entsprechenden Teile
mit .den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. i versehen.