DE962282C

DE962282C - Oxide cathode for amplifier tubes and circuit arrangement for a grid-controlled amplifier tube

Info

Publication number: DE962282C
Application number: DEB28130A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Hein Schmidt-Bruecken
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1953-10-29
Filing date: 1953-10-29
Publication date: 1957-04-18

Description

Der Emissionsstrom der Kathoden von Verstärkerröhren kann von außen durch die Gitterspannung oder durch die Anodenspannung beeinflußt werden. Von einer Änderung der Heizung wird wegen der großen Trägheit kein Gebrauch zu Steuerzwecken gemacht.The emission current of the cathodes of amplifier tubes can be generated from the outside by the grid voltage or influenced by the anode voltage. There is no use of a change in heating because of the great inertia Made for tax purposes.

Es ist nun bekannt, daß sich in Oxydkathoden Zwischenschichten zwischen dem Erdalkalioxyd und dem Kernmetall bilden können. Sie entstehenIt is now known that there are intermediate layers between the alkaline earth oxide in oxide cathodes and the core metal. They arise

ίο als Reaktionsprodukt zwischen dem Erdalkalioxyd und Komponenten, die aus dem Kernmetall stammen. So ist z. B. bekannt, daß sich bei siliziutnhaltigem Nickel eine dünne Zwischenschicht von Erdalkaliorthosilikat am Grunde der Erdalkalioxydschicht bildet. Die Bildung der Zwischenschicht erfolgt nur bei geheizter Kathode und sehr langsam, weil die reagierende Komponente (z. B. Silizium) nur langsam aus dem Nickel heraus- und in die Erdalkalioxydschicht hineindiffundiert. Das kann mehrere tausend Stunden dauern. aoίο as a reaction product between the alkaline earth oxide and components derived from the core metal. So is z. B. known that in siliziutnhaltigem Nickel is a thin intermediate layer of alkaline earth orthosilicate at the bottom of the alkaline earth oxide layer forms. The formation of the intermediate layer takes place only when the cathode is heated and very slowly, because the reacting component (e.g. silicon) only slowly moves out of and out of the nickel diffused into the alkaline earth oxide layer. This can take several thousand hours. ao

Elektrisch wirkt diese Zwischenschicht besonders dadurch, daß sie die Leitfähigkeit der Emissionsschicht verschlechtert. Sie wirkt also wie ein in der Kathodenzuleitung eingeschalteter elektrischer Widerstand i?_Ä. Ein derartiger Widerstand verursacht bekanntlich eine Stromgegenkopplung, d. h., er verkleinert die wirksame Steilheit der Röhre. Da die Zwischenschicht sehr dünn ist, so besitzen ihre Begrenzungsflächen auch eine merkliche Kapazität gegeneinander, durch welche der Widerstand für hohe Frequenzen überbrückt wird. Im Ersatzschaltbild (Abb. 1) muß deshalb der in die Electrically, this intermediate layer has a particular effect in that it worsens the conductivity of the emission layer. So it acts like an electrical resistor i switched on in the cathode lead? _Ä . As is known, such a resistance causes negative current feedback, ie it reduces the effective slope of the tube. Since the intermediate layer is very thin, its boundary surfaces also have a noticeable mutual capacitance, which bridges the resistance for high frequencies. In the equivalent circuit diagram (Fig. 1), the one in

Kathodenzuleitung eingeschaltete Widerstand R_k noch mit einem Kondensator C_k überbrückt werden. Die Größe des Schichtwiderstandes beträgt bis zu 40 Ohm·cm, die Schichtkapazität etwa 500 pF/cm². Wie nun in neuerer Zeit bekannt wurde, stellt diese Zwischenschicht nicht eine gewöhnliche schlecht leitende Schicht -— also eine Widerstandsschioht im ohmschen Sinne — dar, sondern eine Sperrschicht, wie sie in Halbleitern mit Gleichrichterdharakter vorliegt.Cathode lead switched on resistor R _{k can} still be bridged with a capacitor C _k. The size of the sheet resistance is up to 40 ohm · cm, the sheet capacitance about 500 pF / cm ² . As has recently become known, this intermediate layer does not represent an ordinary poorly conductive layer - that is, a resistance layer in the ohmic sense - but a barrier layer such as is found in semiconductors with rectifier character.

Die Sperrwirkung dieser Zwischenschicht wird bei der Oxydkathode nach der Erfindung nutzbringend ausgenutzt. Bei einer Oxydkathode für Verstärkerröhren befindet sich nach der Erfindung zwischen der Emissionsschicht und dem Kathodenmetall eine Zwischenschicht mit Sperrschichtcharakter, und in die Emissionsschicht ist eine zusätzliche Elektrode zur Steuerung des Emissionsstromes in kleinem Abstand von der Grundfläche, beispielsweise 50 μ, eingeführt. Es wird also absichtlich eine Zwischenschicht auf einem geeignet angeordneten Kathodenmetall erzeugt und dieselbe zur Steuerung des Emissionsstromes ausgenutzt. Die Kathode nach der Erfindung stellt somit eine Art »Transistorkathode« dar, denn die Sperrschicht wird ähnlich wie beim Transistor durch eine Hilfselektrode beeinflußt und zur Steuerung verwendet. Im Gegensatz zum normalen Transistor wird hier aber nicht die unipolare Leitfähigkeit der Schicht ausgenutzt und gesteuert, sondern es wird das Emissionsvermögen der Kathode steuerbar beeinflußt. Beim Transistor sind mindestens drei Elektroden am Halbleiter erforderlich. Die eine von ihnen wird hier durch die emittierende Oberfläche der Kathode ersetzt. Als zweite Elektrode kann das Grundmetall geschaltet werden, und für die dritte muß ein zusätzlicher Kontakt .in das Erdalkalioxyd hineingeführt werden, und zwar zweckmäßig in kleinem Abstand (z. B. 50 μ) von der Grundmetallfläche, aber natürlich ohne eine Berührung der Metalle.The barrier effect of this intermediate layer is used to advantage in the oxide cathode according to the invention. In the case of an oxide cathode for amplifier tubes, according to the invention, an intermediate layer with barrier character is located between the emission layer and the cathode metal, and an additional electrode for controlling the emission current is inserted into the emission layer at a small distance from the base area, for example 50 μ . An intermediate layer is therefore intentionally produced on a suitably arranged cathode metal and used to control the emission current. The cathode according to the invention thus represents a kind of "transistor cathode" because the barrier layer is influenced by an auxiliary electrode, similar to the transistor, and is used for control. In contrast to the normal transistor, however, the unipolar conductivity of the layer is not used and controlled here, but the emissivity of the cathode is influenced in a controllable manner. A transistor requires at least three electrodes on the semiconductor. One of them is replaced here by the emitting surface of the cathode. The base metal can be connected as the second electrode, and for the third an additional contact must be introduced into the alkaline earth oxide, expediently at a small distance (e.g. 50 μ) from the base metal surface, but of course without touching the metals.

Die zweite und dritte Elektrode kann man aber auch anders anordnen, beispielsweise derart, daß man auf einen isolierten heizbaren Träger (Keramik) zwei dünne Drähte dicht nebeneinander bifilar aufwickelt, aber so, daß sie sich nirgends berühren. Auf diese Anordnung wäre dann die Emissonsschicht aufzubringen.The second and third electrodes can also be arranged differently, for example in such a way that place two thin wires close to each other on an insulated, heatable carrier (ceramic) bifilar, but so that they do not touch anywhere. On this arrangement would then be the Apply emission layer.

Um dann die Bildung der Zwischenschicht zu So ermöglichen, müssen geeignete Drähte verwendet werden. Hierfür käme z. B. Draht aus siliziumhaltigem Nickel in Frage oder auch Draht aus reinem Nickel, der mit einem siliziumhaltigen Lack (Silikon) bestrichen ist. Die Bildung einer Sperrschicht in der Emissionsmasse nahe den Metalldrähten kann auch durch eine geeignete Vorbehandlung der Emissionsschicht selbst erfolgen. Zu diesem Zweck kann man z. B. die Kathode bei der Vorbehandlung in die wäßrige Lösung eines Elektrolyts tauchen und die das Grundnietall bildenden Drähte bei der Elektrolyse einzeln oder gemeinsam als Kathode oder Anode schalten. Durch die dann auf der Oberfläche abgeschiedenen Ionen kann die den Draht umgebende Emissionsschicht zu einer Zwischenschicht umgesetzt werden. Die einfache Zuleitung über das Grundmetall der Kathode einer normalen Röhre ist also zu einem Zweipol aufgespalten worden, damit die Emission der Kathode durch eine an diesen Zuleitungszweipol gelegte Spannung gesteuert werden kann.In order to then enable the formation of the intermediate layer, suitable wires must be used will. For this z. B. wire made of silicon-containing nickel in question or wire from pure nickel coated with a silicon-containing lacquer (silicone). The formation of a barrier in the emission mass near the metal wires can also be done through a suitable pretreatment the emission layer itself. For this purpose you can z. B. the cathode in the Dip the pretreatment into the aqueous solution of an electrolyte and form the base rivet Switch wires individually or together as cathode or anode during electrolysis. By then Ions deposited on the surface can form an emission layer surrounding the wire Interlayer are implemented. The simple lead through the base metal of the cathode of a normal tube has been split to a two-pole, thus the emission of the cathode can be controlled by a voltage applied to this two-pole supply line.

Der Gegenstand der Erfindung ist im folgenden an den in den Abb. 1 bis 5 in schematischer Weise dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Abb. 2 zeigt eine Kathode, bei der die Emissionsschicht E auf dem Kathodenmetall M angeordnet ist. Innerhalb der Emissionsschicht in einem kleinen Abstand von dem Kathodenmetall M befindet sich die aus beispielsweise Nickeldraht gebildete dritte Elektrode Ni, wenn die emittierende Oberfläche die erste Elektrode darstellt und die zweite Elektrode durch das Kathodenmetall M gebildet wird.The subject matter of the invention is explained in more detail below using the exemplary embodiments shown schematically in FIGS. Fig. 2 shows a cathode in which the emission layer E is arranged on the cathode metal M. The third electrode Ni, formed from nickel wire, for example, is located within the emission layer at a small distance from the cathode metal M if the emitting surface represents the first electrode and the second electrode is formed by the cathode metal M.

Die Abb. 3 zeigt eine indirekt geheizte Kathode, bei der die Emissionsschicht E sich auf einem Keramikträger / befindet. Die zweite und dritte Elektrode werden in diesem Fall durch zwei dünne Drähte Ni, beispielsweise aus Nickel, gebildet, die dicht nebeneinander auf dem isolierten Keramikträger / aufgewickelt sind.Fig. 3 shows an indirectly heated cathode in which the emission layer E is on a ceramic carrier /. In this case, the second and third electrodes are formed by two thin Ni wires, for example made of nickel, which are wound close together on the insulated ceramic carrier /.

Für die Kathode nach der Erfindung ist in der Abb. 4 ein besonderes Schaltbild verwendet, wobei der Pfeil P der zweiten Zuleitung an den Sperrschichtcharakter der Anordnung erinnern soll, während die Zuleitung K die Kathodenzuleitung bildet. Der Heizer ist in der Abbildung wie gewohnlich nicht mitgezeichnet.For the cathode according to the invention, a special circuit diagram is used in Fig. 4, the arrow P of the second feed line being intended to remind of the barrier character of the arrangement, while the feed line K forms the cathode feed line. As usual, the heater is not shown in the illustration.

Durch die Anwendung einer solchen steuerbaren Kathode braucht ein besonderes Steuergitter der Röhre nicht überflüssig zu werden. Bei einer Röhre nach Abb. 4 erhält man dann Steuermöglichkeiten über das Gitter (eventuell über mehrere Gitter) und über die Kathode. Man kann also etwa die Nachrichtenmodulation über das Gitter geben, den Pegel oder die Dynamik aber über die Kathode steuern. Hierbei sind die beiden Steuerspannungen durch die dazwischenliegende Emissionssdhicht in bezug auf gegenseitige kapazitative Beeinflussung weitgehend gegeneinander abgeschirmt. Da durch die Kathodensteuerung auch die Steilheit der Röhre verändert wird, so ist eine so aufgebaute Röhre auch zu Misch- oder Modulationszwecken geeignet. Die Röhre mit einer solchen »Transistorkathode« könnte also beispielsweise in einer Schaltung nach Abb. s eingesetzt werden, bei der die eine Steuerwirkung über das Gitter, die zweite über den neugeschaffenen Kathodenzugang erfolgt.By using such a controllable cathode, a special control grid is required Tube not to be superfluous. With a tube according to Fig. 4 you then have control options via the grid (possibly via several grids) and via the cathode. So you can say the Provide message modulation via the grid, but the level or dynamics via the cathode steer. Here, the two control voltages are in due to the emission density in between largely shielded from one another with regard to mutual capacitive influence. Through this the cathode control also changes the slope of the tube, so is a tube constructed in this way also suitable for mixing or modulation purposes. The tube with such a "transistor cathode" could therefore be used, for example, in a circuit according to Fig. s, in which the one control effect via the grid, the second via the newly created cathode access.

Die Kathode nach der Erfindung findet vorzugsweise in Vakuumröhren Verwendung, gegebenenfalls können aber auch gasgefüllte Verstärkerröhren mit einer solchen Kathode ausgerüstet werden. iaoThe cathode according to the invention is preferably used in vacuum tubes, if appropriate however, gas-filled amplifier tubes can also be equipped with such a cathode. iao

Claims

PATENTANSPRÜCHE:PATENT CLAIMS:

i. Oxide cathode for amplifier tubes, characterized in that between the Emission layer and the cathode metal an «5 intermediate layer with barrier character.

finds and that an additional electrode for controlling the emission current at a small distance from the cathode metal, for example So μ, is inserted into the emission section.

2. Cathode according to claim i, characterized in that that the additional electrode is formed by a helix.

3. Cathode according to claim 1, characterized in that the indirectly heated carrier the emission layer consists of an insulating tube on which the Emissonsschicht two non-touching, closely arranged bifilar wires are wound up (Fig. 3).

4. Cathode according to claim 3, characterized in that one or both wires from silicon-containing nickel.

5. Cathode according to claim 3, characterized in that one or both wires with ao a silicon-containing coating, for example a silicone coating, are provided.

6. A method for producing a barrier layer in cathodes according to claim 3 or following, characterized in that the cathode in the aqueous solution of an electrolyte immersed and the wires forming the base metal individually or together in the electrolysis be switched as a cathode or anode.

7. Circuit arrangement for a grid-controlled amplifier tube with a cathode according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the message modulation given on the grid while the level or dynamics over the Cathode is controlled.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings