DE971006C - Schaltung fuer Sekundaerelektronenvervielfacher - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 27. NOVEMBER 1958

F 4475 VIII c 121g

(Ges. v. 15. 7. 1951)

Die Erfindung befaßt sich mit einer Schaltung für Vervielfacher mit mehreren hintereinander angeordneten und an steigende Spannungen angeschlossenen Prallelektroden sowie ferner mit einer Photokathode und einer die Photoelektronen beschleunigenden Absaugelektrode. Derartige Vervielfacher wurden in verschiedenen Konstruktionsformen angegeben. So sind Vervielfacher mit plattenförmigen Elektroden bekannt, in denen die Führung der Elektronen mit elektrostatischen oder magnetischen Fokussierungsmitteln erfolgt. Auch sind Vervielfacher mit gitterförmigen Elektroden vorgeschlagen worden, bei denen die Prallelektroden aus Netzen oder Gittern bestehen, die hintereinander angeordnet sind und bei denen eine Führung lediglieh durch die von Prallelektrode zu Prallelektrode übergreifenden Beschleunigungsfelder stattfindet. In einer vorgeschlagenen Röhre ist die letzte Prallelektrode gitterförmig, die Anode aber als undurchlässige becherförmige Prallplatte ausgeführt. Ebenso sind in den bekannten Röhren die Anoden als undurchlässige Platten ausgebildet.

In der erfindungsgemäßen Schaltung wird ein Vervielfacher verwendet, dessen letzter als Prallplatte ausgebildeter Vervielfachungselektrode eine als Netz, Sieb, Gitter oder sonst elektronendurchlässig ausgebildete Anode vorgelagert ist, derart, daß die Elektronen durch das von der Anode er-

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zeugte Feld auf die letzte Prallelektrode beschleunigt werden und die an dieser frei werdenden Elektronen von der gitterförmigen Anode aufgenommen werden.

Diese Schaltung hat den besonderen Vorteil, daß eine hohe Ausbeute von Sekundärelektronen an der letzten Prallplatte erhalten wird und die Raumladung durch die hohe Beschleunigung der auf die Platte gerichteten Elektronen klein gehalten wird. ίο Weitere vorteilhafte Anwendungen der Schaltung bestehen in der Möglichkeit einer Phasenumkehr, welche erhalten werden kann, wenn man die Ausgangsspannung von der letzten Prallplatte abnimmt. Auch kann durch einen Sättigungseffekt bei entsprechend niedrig bemessener Anodenspannung eine Gleichrichterwirkung erzielt werden. Weitere Vorteile gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind.

Fig. ι zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Röhre, die in der erfindungsgemäßen Schaltung verwendet werden kann, im Längsschnitt;

Fig. 2 zeigt eine Schaltung mit einer Röhre, teils im Schnitt, teils in der Aufsicht, aus der die Verwendung der Röhre als Gleichrichter und Verstärker beim Rundfunkempfang hervorgeht;

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung der erforderlichen Spannungszuführungen für den Vervielfacher selbst, wobei die zugehörige Betriebsschaltung mitgezeichnet ist, soweit es für das Verständnis erforderlich ist.

In Fig. ι ist mit 1 eine evakuierte Glasrohre bezeichnet. Sie ist symmetrisch ausgebildet und an den Enden durch je eine Durchführung 2, 2' abgeschlossen, welche zu je einer Kathode 4, 4' führt. Diese Kathoden bestehen zweckmäßig aus Silber und sind mit einer an sich bekannten photoelektrischen Schicht vom Silberoxyd-Cäsium-Typ überzogen. Vor diesen Kathoden befindet sich in einigem Abstand je eine Schirmelektrode 5, 5', die aus verhältnismäßig feinen Drähten mit großem Drahtabstand besteht, so daß sie für Elektronen gut durchlässig ist. Da es unerwünscht ist, daß diese Schirmelektroden Sekundärelektronen emittieren, können sie aus Nickel hergestellt und dann karbonisiert werden.

In gleichmäßigem Abstand zwischen den beiden Schirmgittern ist in an sich bekannter Weise eine Reihe von Prallelektroden 6 bis 13 angeordnet. Sie können aus einem Netz oder einem Gitter oder aus einer durchlochten Folie hergestellt sein und werden wie in der Zeichnung dargestellt gehaltert.

Fig. 3 zeigt die Art der Spannungszuführung zu der Röhre. Die Signalspannung, welche an dem abstimmbaren Schwingungskreis 20 liegen möge, liegt an der Kathode 4. Der Schirm 5 ist geerdet. Eine Spannungsquelle 21 hält die Auslöseelektrode 13 auf einem gegen Erde positiven Potential. Die Impedanzen 22 deuten den Widerstand des Wandbelages an, oder wenn ein solcher nicht vorhanden ist, werden entsprechende äußere Widerstände zugeschaltet. Um einen gleichmäßigen Potentialanstieg zu erhalten, müssen die Impedanzen 24 etwa den halben Wert der Impedanzen 22 besitzen, und eine Zusatzimpedanz 25, die zwischen Auslöseelektrode 6 und Erde liegt, muß so groß sein, daß die Spannung zwischen Erde und der Elektrode 6 dieselbe ist wie zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Auslöseelektroden. Um die besten Ergebnisse zu erhalten, soll jedoch die Homogenität nicht ganz streng erfüllt sein, sondern die Feldstärke soll von der Elektrode 6 zur Anode ein wenig zunehmen, da auf diese Weise sämtliche neu ausgelösten Elektronen durch die Öffnungen hindurchgezogen werden. Die Röhre arbeitet auch bei abnehmenden Feldstärken, jedoch weniger wirksam. Die Elektrode 4' ist über einen Ausgangswiderstand 26 an einen solchen Punkt der Spannungsquelle 21 angeschlossen, daß dieselbe Spannungsdifferenz zwischen den Elektroden 13 und 4' besteht wie zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Auslöseelektroden. Der Schirm 5' ist einige Volt positiver als die Kathode 4'.

Nach Verlassen der Auslöseelektrode 13 treten die Elektronen durch den Schirm 5', wo einige wenige von ihnen abgefangen werden, und treffen auf die Kathode 4, wo nochmals Sekundärelektronen erzeugt werden. Diese letzten Sekundärelektronen werden mit geringer Geschwindigkeit gegen den Schirm 5' gezogen und dort aufgefangen, go Als Ausgang kann jede dieser Elektroden 4' oder 5' verwendet werden. Der Strom ist in beiden um i8o° phasenverschoben. Man wird also je nach der gewünschten Phase des Ausgangssignals die eine oder die andere verwenden.

Fig. 2 zeigt schematisch eine Anordnung der Röhre für Radioempfang, wobei angenommen ist, daß die Impedanzen 22 durch die Metallisierung der Röhrenwand gebildet sind. Die Empfangsspannung wird hier von einer Antenne oder einem Hochfrequenzübertragungskanal 30 in einen Schwingungskreis 20 induziert. Der Schirm 5 ist in diesem Fall nicht direkt mit Erde verbunden, sondern über einen Vorspannungswiderstand 31, der durch einen Gitterkondensator 32 überbrückt ist. Wenn aus dem Licht einer Lampe 27 der rote oder infrarote Teil auf die Kathode fällt, ist die Anfangsgeschwindigkeit der Elektronen gering oder praktisch homogen, so daß die Zahl der von dem Schirm aufgefangenen Elektronen streng der Signalspannung folgt und eine wirksame Gleichrichtung eintritt. Wird weißes oder gemischtes Licht zur Beleuchtung der Kathode 4 verwendet, so werden die Elektronen eine ähnliche Geschwindigkeitsverteilung wie eine Glühkathode besitzen.

Wie bereits erwähnt, wird ein gewisser Teil der Elektronen durch den Schirm aufgefangen. Die Kombination 31, 32 bestimmt die Spannung, welche der Schirm infolge der auf ihn treffenden Elektronen annimmt, und damit die Wirkung der Röhre. Ist der Widerstand 31 klein, der Kondensator 32 groß, so kann die Vorspannung so eingestellt werden, daß die Röhre linear verstärkt, so daß die Spannung, welche über die Ausgangsimpedanz 26 auftritt und über den Blockkondensator 34 irgendeiner anschließenden Vorrichtung zugeführt wird, hoch-

frequent ist. Durch Vergrößerung des Widerstandes 31 und Verkleinerung des Kondensators, so daß die Zeitkonstante des Kreises einen geeigneten Wert für Gittergleichrichtung erhält, kann die Vorrich-

tung in einen Detektor verwandelt werden, so daß der Ausgang mit Niederfrequenz schwankt. Die Röhre kann auch durch eine solche Spannung am Schirm zum Detektor gemacht werden, daß nur während der negativen Halbperioden, die an der

ίο Kathode 4 auftreten, Strom auf die Elektrode 6 fließt.

Es ist ersichtlich, daß die Wirkungsweise der Röhre durch verhältnismäßig geringfügige Abänderungen in den angeschlossenen Kreisen in

weiten Grenzen geändert werden kann, besonders durch Änderung der Spannung zwischen den Elektroden 4', 5'. Ist der Schirm positiv genug, so daß alle von der Kathode 4' rührenden Elektronen aufgefangen werden, so arbeitet die letzte Stufe als

ao linearer Verstärker, und eine Stromzunahme verursacht ein positiveres Potential der Elektrode 4'. Ist der Schirm negativ genug, so daß alle von der Elektrode 4' kommenden Elektronen wieder zurückgetrieben werden, so ist die letzte Vervielfachungsstufe ohne Wirkung. Die Verstärkung entspricht dann nur derjenigen der durchbrochenen Auslöseelektroden, die Elektrode 4' wird zur Anode der Röhre und wird bei zunehmendem Strom negativer. Sind jedoch die Spannungen am Schirm und der

Elektrode 4' so, daß ein starker Strom die Elektrode 4' gegen den Schirm positiv machen würde, während bei kleineren Strömen der Schirm positiver ist, so kann der Strom durch die Impedanz 26 nur bis zu einem bestimmten Maximum ansteigen, während er unterhalb dieses Maximums dem Primärstrom proportional ist. Unter diesen Bedingungen wirkt der Ausgang als Gleichrichter. Der größte Wirkungsgrad wird dabei erhalten, wenn der Maximalstrom in der Impedanz 26 bei der Signal spannung Null auftritt.

Es ist ferner ersichtlich, daß es, was die gegenseitige Spannung der Elektroden 4' und 5' betrifft, keinen Unterschied macht, mit welcher der beiden die Impedanz 26 verbunden ist, da der Unterschied nur in der Phase des Spannungsabfalls über dieser Impedanz liegt.

Wird die Gleichrichtung im Ausgang der Röhre vorgenommen, so können die Primärkathode 4 und der Schirm 5 zur selbsttätigen Lautstärkeregelung benutzt werden, indem dem »integrierenden« Kreis 31, 32 eine Zeitkonstante gegeben wird, die groß ist im Vergleich mit der Periode der niedrigsten Modulationsfrequenz, wobei die Impedanz des Kreises klein genug gewählt wird, so daß der Schirm die Emission der Kathode 4 auf den gewünschten Wert begrenzt.

Bei geeigneter Einstellung der Spannung an den Elektroden 4', 5' und richtiger Wahl der Impedanz wird die negative Kennlinie Schwingungen in diesem Kreis verursachen, und es kann eine Überlagerung oder ein Schwebungsempfang mit der Röhre durchgeführt werden. Es ist ferner nicht notwendig, daß der Eingang an Hochfrequenz liegt, sondern die Röhre kann gleich gut bei Tonfrequenz oder noch langsameren Schwingungen arbeiten.

Sofern die Anordnung symmetrisch ist, kann die Gleichspannungsquelle 21 durch eine Wechselspannungsquelle von niedriger oder hoher Frequenz ersetzt werden, so daß der Vervielfacher zur Verstärkung oder Modulation einer solchen Frequenz benutzt werden kann, wobei die zahlreichen Vorteile des an sich bekannten dynamischen Vervielfachers auftreten. Zur Sammlung der Elektronen von der Endstufe kann irgendeine geeignete Elektrodenform benutzt werden.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Schaltung mit einem Vervielfacher mit mehreren hintereinander angeordneten und an steigende Spannungen angeschlossenen Prallelektroden, ferner mit einer Photokathode und einer Absaugelektrode für die Photoelektronen am Eingang des Vervielfachers, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der vorletzten (13) und der letzten als Prallplatte (4') ausgebildeten Prallelektrode eine als Netz, Sieb, Gitter oder sonst elektronendurchlässig ausgebildete Elektrode (5') an die höchste Spannung angeschlossen ist, derart, daß die von der vorletzten Elektrode (13) her kommenden Sekundärelektronen auf die letzte Prallelektrode (4) beschleunigt und an dieser frei werdende Elektronen von der Elektrode (5') aufgenommen werden.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung von der Prallplatte (4') abgenommen wird.

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung an der Elektrode (S') so bemessen ist, daß der Ausgang als Gleichrichter (Detektor) wirkt.

4. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Photokathode mit einer konstanten Lichtquelle bestrahlt und an eine zu verstärkende Wechselspannung gelegt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Zeitschrift: »Fernsehen und Tonfilm«, 1935, Heft 6, S. 53 S-

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 944 873.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen

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