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Elektrische Entladungsröhre.
Die Erfindung bezieht sieh auf eine elektrische Entladungsröhre zur Verstärkung, Erregung usw. von elektrischen Schwingungen, insbesondere auf eine Röhre, in der die aus der Kathode heraustretenden Elektronen zu einem Bündel gesammelt werden, das in irgendeiner Weise gesteuert werden kann ; ausserdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Verstärkung, Erregung mw. von elektrischen Schwingungen.
Röhren mit zu einem Bündel zusammengedrängten Elektronen wurden in der Form von sogenannten Braun'schen Röhren in der Technik, z. B. für Fernsehzwecke, schon sehr viel verwendet.
Man hat auch schon vorgeschlagen, Röhren mit einem seitlich abgelenkten Elektronenbündel zur Verstärkung von elektrischen Schwingungen anzuwenden. In diesem Falle werden die Elektronen, die von einer Kathode emittiert werden, mit Hilfe einer Sammeleinrichtung zu einem Bündel vereinigt, das durch eine Öffnung hindurchgeführt wird, die in einer sich auf positivem Potential befindenden Hilfsanode angebracht ist, worauf schliesslich das Bündel auf eine oder mehrere plattenförmige Elektroden auftrifft, die mit einem Transformator eines Ausgangskreises verbunden sein können.
Das Bündel kann dann mit Hilfe einer in der Nähe der Röhre angebrachten Magnetspule abgelenkt werden, mit der die Zuführungen für die ankommenden Schwingungen verbunden werden können ; auf diese Weise wird eine Ablenkung des Bündels erhalten, wobei das Bündel abwechselnd auf die eine oder die andere plattenförmige Elektrode fallen kann.
Obwohl tatsächlich mit solchen Entladungsröhren gewisse Ergebnisse zu erreichen sind, können, wie die Anmelderin gefunden hat, bei der Verwendung solcher Röhren als Verstärkerrohren für elek- trische Schwingungen gewisse Schwierigkeiten auftreten. Es hat sich nämlich herausgestellt, dass eine gute Konzentration des Elektronenbündels, wie sie zur Erhaltung einer einwandfreien Verstärkung notwendig ist, mit den für diesen Zweck bekannten Röhrenkonstruktionen nicht erhalten wird.
EMI1.1
Diese Nachteile sind durch Anwendung einer Röhrenkonstruktion nach der Erfindung zu ver- meiden.
In einer solchen Röhre, die zur Verstärkung, Erregung usw. von elektrischen Schwingungen verwendbar ist, bei der die aus der Kathode heraustretenden Elektronen zu einem Bündel vereinigt werden, passiert dieses Bündel in der Röhre auf seinem Wege von der Kathode zur Anode hintereinander ein Sammelsystem, ein Beschleunigungssystem, ein zusätzliches Konzentrationssystem und ein Ab- lenksystem, durch welches es beeinflusst wird.
Es hat sich herausgestellt, dass bei Anwendung dieser erfinderischen Konstruktion eine vorziig- liche Verstärkung erhalten wird, insbesondere weil das Elektronenbündel einer Zerstreuung der Elek- tronen jenseits der Hilfselektrode nicht ausgesetzt ist. Es hat sich z. B. als möglich erwiesen, mit der erfindungsgemässen Konstruktion eine Röhre zu bauen, die bei Anwendung elektrostatischer
Steuerung eine Steilheit grösser als 10 m A/V besitzt, wobei-wie es sieh herausgestellt hat--eine
Steilheit der Grössenordnung von z. B. 60 m/F und höher erreicht werden kann.
Es hat sich aber auch als möglich und als besonders geeignet für die vorliegende Erfindung erwiesen, die Elektronen hinter der Hilfselektrode mit Hilfe einer Elektronenlinse zu konzentrieren ; unter diesem Ausdruck Elektronenlinse"ist in diesem Falle jeder Körper zu verstehen, der eine Kon-
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zentration der Elektronen zu einem Bündel jenseits der Hilfselektrode bewirkt.
Mit Vorteil kann eine solche Linse vorzugsweise als Zylinderlinse aus einer Anzahl plattenförmiger Elektroden bestehen, die mit Schlitzen zum Hindurchführen des Elektrodenbündels versehen sind und an welche ein solches
Potential angelegt wird, dass das Elektronenbündel konzentriert wird ; in einer besonderen Ausführungs- art dieser Elektronenlinse wird eine Anzahl von sich abwechselnd auf beschleunigendem und verzögern- dem Potential befindenden, vorzugsweise durchlöcherten, plattenförmigen Elektroden verwendet.
Diese Elektroden bewirken dann abwechselnd eine Konvergenz und Divergenz der Elektronen, wobei bei gleicher Potentialdifferenz die Konvergenz grösser als die Divergenz ist, so dass schliesslich immer eine
Konzentration des Elektronenbündels erhalten werden kann. Insbesondere bei Verwendung der er- findungsgemässen Röhre als Hochfrequenzverstärkerrohre eignet sich eine Konzentration mit Hilfe einer Elektronenlinse ; die Röhre kann dann hochevakuiert sein oder eine sehr geringe Menge Gas ent- halten, vorzugsweise von einem solchen Druck, dass die freie Weglänge der Elektronen gross in bezug auf die Abmessungen der Röhre ist.
Sehr vorteilhaft ist es, wenn man in einer Röhre nach der vorliegenden Erfindung das Elektronen- bündel so ausgestaltet, dass es dem Einfluss der Ablenkorgane gegenüber eine grosse Empfindlichkeit aufweist. Nach einer besonderen Ausführungsart der Erfindung wird dazu ein Bündel verwendet, dessen Abmessung an der Stelle, wo es auf der Anode auftrifft, in der Richtung der Ablenkung klein in bezug auf die Abmessungen in andern Richtungen ist ; auf einfache Weise kann man dies erhalten durch Anwendung einer Hilfselektrode, in der sich eine Öffnung befindet, mit deren Hilfe ein Bündel solcher Form zustandekommen kann.
Bei den bekannten Röhrenkonstruktionen kommt es öfters vor, dass eine ungenügende Be- einflussung des Elektronenbündels durch die Ablenkplatten oder Magnetspulen stattfindet, was davon herrührt, dass die Elektronen eine so grosse Geschwindigkeit besitzen, dass eine Beeinflussung durch diese Platten nicht vor sich gehen kann. Um diesen Nachteil zu vermeiden, wird nach einer Ausführungs- form der vorliegenden Erfindung das Elektronenbündel jenseits einer Elektrode des Beschleunigungs- systems nicht nur mit zusätzlichen Hilfsmitteln konzentriert, sondern ausserdem verzögert ; diese Ver- zögerung kann mit Hilfe einer besonderen, sogenannten Verzögerungselektrode erreicht werden. Es ist aber auch möglich, die Potentialverhältnisse so zu wählen, dass mit der Elektronenlinse zu gleicher
Zeit eine Verzögerung verursacht wird.
Die Konstruktion nach der Erfindung kann auch dazu verwendet werden, eine Röhre zu kon- struieren, deren Kennlinienform in jeder vorher zu bestimmenden Weise gewählt werden kann. Es ist nämlich in vielen Fällen erwünscht, z. B. bei der Verwendung einer elektrischen Entladungsröhre als Verstärker-oder als Modulatorröhre, eine Röhre zu bauen, die eine Kennlinie bestimmter Form be- sitzt. Es hat sich herausgestellt, dass dies zu erreichen ist, wenn man in einer Röhre nach der Erfindung ein homogenes Elektronenbündel verwendet, d. h. ein Elektronenbündel, dessen Anzahl Elektronen an der Stelle, wo das Bündel auf der Anode auftrifft pro Quadratzentimeter und pro Sekunde gleich gross ist.
Eine besondere vorteilhafte Ausführungsform dieser Röhre besteht darin, das Elektronenbündel so auszugestalten, dass die Kennlinie der Röhre über einen erheblichen Teil ihrer Länge geradlinig ist.
Dies ist grösstenteils schon dadurch zu erreichen, dass die Querschnitte des Elektronenbündels über eine ganze Länge in einer Richtung senkrecht auf die Bewegungsrichtung gleich gross sind ; diese Gerad- linigkeit, und damit die Linearität der Verstärkung ist noch zu verbessern, wenn man ein Elektronen- bündel mit einem rechteckigen oder quadratischen Querschnitt verwendet, was auch wieder mit Hilfe einer Öffnung der Hilfselektrode besonderer Form erreicht werden kann.
Obwohl die hier beschriebene Ausführungsart der vorliegenden Erfindung insbesondere dazu geeignet ist, eine Röhre mit geradliniger Kennlinie, also bei einer Verstärkerröhre eine lineare Ver- stärkung zu erhalten, ermöglicht die Erfindung, nämlich die Verwendung eines homogenen Elektronen- bündels, eine Röhrenkennlinie jeder beliebigen und vorher zu bestimmenden Art zu bilden, was in besonderen Fällen, z. B. bei Modulatorröhren, wichtig sein kann ; dazu ist es nur notwendig, die Anoden in einer bestimmten Form zu bauen, wodurch bei Verwendung eines auf solche Anoden besonderer
Form auftreffenden homogenen Elektronenbündels eine Kennlinie beliebiger Art erhalten werden kann.
Die Verstärkerröhre nach der Erfindung kann für viele Zwecke Anwendung finden, z. B. für
Radiozwecke, als Grammophonverstärkerröhre, für medizinische Zwecke, z. B. zum Aufnehmen von
Elektrokardiogrammen usw. ; auch ist ein wichtiges Anwendungsgebiet da zu finden, wo es sich um grosse Energiemengen und verhältnismässig kleine Spannungen handelt, wie z. B. bei sogenannten
Thermosäulen. Es hat sich dabei herausgestellt, dass eine solche erfindungsgemässe Einrichtung, die eine Röhre mit sehr grosser Steilheit schafft, sehr wichtig für das Gebiet des Tonfilms sein kann ; es sei dabei bemerkt, dass noch eine zusätzliche Vergrösserung der Steilheit zu erreichen ist, wenn man nach einer speziellen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mehrere Elektronenbündel in einer Röhre verwendet.
Es hat sich weiter auch als möglich erwiesen, mit Hilfe der erfindugsgemässen Röhre eine
Detektorwirkung zu erzielen oder die Röhre als Sende-oder Empfangsröhre zu verwenden ; sie ist auch in der sogenannten push-pull- (Gegentakt-) Schaltung zu gebrauchen.
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In allen diesen Fällen wird, wie es bei den bekannten Braun'schen Röhren üblich ist, das Elektronenbündel auf elektrostatischem oder magnetischem Wege abgelenkt, sehr vorteilhaft ist es, die Ablenkungsorgane des Elektronenbündels möglichst in der Nähe des Bündels anzuordnen, um eine gute Beeinflussung durch diese Körper zu erzielen. Erfolgt die Ablenkung mit Hilfe von Magnetspulen magnetisch, so kann die Röhrenwand an der Stelle, wo die Ablenkung stattfinden soll, ein wenig verengt sein. Auch ist es möglich, die Magnetpole in die Röhrenwand selbst einzuschmelzen. Ausserdem ist es dabei vorzuziehen, . die Pole so zu wählen, dass ihre Länge in der Bewegungsrichtung des Elektronenbündels grösser als ihr Abstand ist, während es auch von grossem Vorteil ist, wenn der Abstand zwischen den Polen in der Mitte grösser als an den Enden ist.
Bei Verwendung von Eisenpolen hat es sich als angebracht erwiesen, diese zu verchromen, um einer eventuellen Zerstäubung des Eisens vorzubeugen.
Im allgemeinen hat es sich sowohl bei elektrostatischer Steuerung wie auch bei magnetischer Steuerung als zweckdienlich erwiesen, die Länge der Ablenkvorrichtung etwa gleich dem Elektrodenabstand zu wählen, so dass das Bündel etwa über seine ganze Länge der Ablenkvorrichtung gegenübersteht bzw. von dieser umgeben wird.
Bei Verwendung der erfindungsgemässen Röhre in der sogenannten push-pull- (Gegentakt-) Schaltung fällt das Elektronenbündel abwechselnd auf zwei plattenförmige Elektroden, die am Ende der Röhre angebracht sind ; hiebei kann sich der Nachteil zeigen, dass durch Entstehen von Sekundärelektronen eine Verzerrung auftritt ; um diesen Nachteil zu beheben, sind Mittel zur Vermeidung von durch Sekundäremission bedingten Störungen vorgesehen, was nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch Anordnung einer Zwischenwand zwischen diesen Platten erfolgen kann, um die gegebenenfalls aus den plattenförmigen Elektroden heraustretenden Sekundärelektronen abzufangen.
Das Elektronenbündel einer Röhre nach der Erfindung fällt nicht nur bei der push-pull- (Gegentakt-) Schaltung, sondern bei fast jeder Verwendungsart auf eine oder mehrere Anoden ; dabei kann eine Schwierigkeit darin liegen, dass das Wechselpotential der Anode oder Anoden eine Rückwirkung auf das Elektronenbündel ausübt, wodurch eine unerwünschte Ablenkung des Bündels oder eine unerwünschte Änderung der Geschwindigkeit der Elektronen stattfinden kann. Zur Behebung dieses Nachteils sind daher in der Röhre in der Nähe der Anode Mittel angebracht, um eine solche Rückwirkung zu vermeiden ; diese Mittel können z.
B. darin bestehen, dass die plattenförmigen Elektroden durch eine Zwischenwand voneinander getrennt sind oder, dass kurz vor der Anode eine sich auf konstantem, positivem Potential befindende Hilfselektrode angeordnet ist, welche die Anoden nahezu vollkommen umgibt. Es ist aber auch möglich, das Elektronenbündel in der Röhre durch einen feldfreien Raum zu führen.
Um eine verhältnismässig kurze Röhre bauen zu können, wird man vorzugsweise die Regelung der Geschwindigkeit und der Konzentration des Elektronenbündels über die gleiche Weglänge des Bündels vornehmen wie seine Ablenkung.
Ausserdem wird die Ablenkung gut beeinflusst, wenn bei Verwendung einer Elektronenlinse die Ablenkkörper in der Nähe des Linsenbrennpunktes angebracht sind ; es wird dann, ähnlich wie bei Anwendung eines Fluoreszenzschirmes eine Vergrösserung des ursprünglichen Bildes erhalten wird, die Beeinflussung der Anode bzw. Anoden verbessert.
Die Erfindung wird an Hand einer ein Ausführungsbeispiel veranschaulichenden Zeichnung näher erläutert, in welcher Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemässe Röhre darstellt, während in Fig. 2 ein um 900 gegenüber Fig. 1 gedrehter Längsschnitt dargestellt ist.
In der Zeichnung ist 1 die Wand der Röhre, die an beiden Enden mit einer Quetschstelle 2 versehen ist, durch welche die Zuführungsleiter der verschiedenen, sich in der Röhre befindenden leitenden Teile nach aussen geführt sind. In der Röhre befindet sich eine Kathode 3, deren Elektronen mit Hilfe einer Sammeleinrichtung 4 zu einem Bündel vereinigt werden. Dieses Bündel durchläuft eine als Beschleunigungssystem dienende Hilfselektrode 5, in der eine die Form des Bündels bestimmende Öffnung 6 angebracht ist.
Jenseits dieser Hilfselektrode folgt dann eine Elektronenlinse 7, die in diesem Falle aus plattenförmigen Elektroden 8 und 9 besteht, diese Elektronenlinse bewirkt die gewünschte Konzentration des Bündels, während sie im vorliegenden Falle gleichzeitig auch eine Verzögerung der Elektronen verursacht ; dazu könnte aber zwischen dieser Linse und der beschleunigenden Hilfselektrode 5 auch eine besondere Elektrode, eine sogenannte Verzögerungselektrode angebracht sein.
Wenn gemäss Fig. 1 die Elektronenlinse zwischen den Elektroden 8 und 9 gebildet wird und diese Elektronenlinse eine verzögernde Wirkung ausüben soll, so kann man z. B. die folgenden Potentiale anlegen : Beispiel 1.
EMI3.1
<tb>
<tb>
Kathode <SEP> und <SEP> Elektrode <SEP> 4 <SEP> 0 <SEP> Volt
<tb> Elektrode <SEP> 5 <SEP> (Sauganode) <SEP> 500"
<tb> Elektrode <SEP> 8 <SEP> 100"
<tb> Elektrode <SEP> 9............................... <SEP> 0 <SEP>
<tb>
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Ein anderes Verhältnis'der Potentiale ist das folgende :
Beispiel 2.
EMI4.1
<tb>
<tb>
Kathode <SEP> und <SEP> Elektrode <SEP> 4 <SEP> 0 <SEP> Volt
<tb> Elektrode <SEP> 5............................... <SEP> 500"
<tb> . <SEP> Elektrode <SEP> 8............................... <SEP> 0 <SEP> "
<tb> Elektrode <SEP> 9 <SEP> 500"
<tb>
Auch bei diesen Potentialverhältnissen übt die Elektronenlinse eine verzögernde Wirkung auf die Elektronen aus.
Das Elektronenbündel wird dann weiter durch Magnetpole 10 und 11 beeinflusst, die bei 12 in der Röhrenwand eingeschmolzen sind und eine Ablenkung dieses Bündels zustandebringen ; schliesslich trifft dann das Bündel am Ende der Röhre auf eine Anode 13, die in diesem Falle aus zwei Teilen 14 und 15 besteht. Kurz vor der Anode befindet sich eine Hilfselektrode 16, die sich auf konstantem, positivem Potential befindet und dazu verwendet wird, eine etwaige Rückwirkung des Wechselpotentials der Anoden auf das Elektronenbündel zu vermeiden.
Um dafür Sorge zu tragen, dass die aus den Anoden heraustretenden Sekundärelektronen keine störenden Wirkungen hervorrufen, ist zwischen den beiden Anodenteilen eine Zwischenwand in Form einer Platte 17 angebracht.
Es wird klar sein, dass, obwohl in der Zeichnung nur eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt ist, viele andern Konstruktionen möglich sind, mit denen der mit der Erfindung beabsichtigte Zweckzu erreichen ist.
PATENT-ANSPRÜCHE : 1. Elektrische Entladungsröhre zur Verstärkung, Erregung usw. von elektrischen Schwingungen, bei der die aus der Kathode heraustretenden Elektronen zu einem Bündel vereinigt werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Bündel in der Röhre auf seinem Wege von der Kathode zu der Anode hintereinander ein Sammelsystem, ein Beschleunigungssystem, ein zusätzliches Konzentrationssystem und ein Ablenksystem passiert und dadurch beeinflusst wird.