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Elektrische Entladungsvorrichtung.
Gegenstand der Erfindung ist eine elektrische Entladungsvorrichtung mit einem Elektrodensystem, bei der die Erscheinung der Elektronenbündelung ausgenutzt wird.
Durch viele Jahre hat man angenommen, dass bei den üblichen Entladungsröhren die Elektronen sich verhältnismässig gleichmässig verteilt in der Röhre bewegen und dass sie bei den mit einer Kathode, einem oder mehreren Gittern und einer Anode versehenen Röhren durch Gitterspannungen hauptsächlich hinsichtlich ihrer Menge, aber nur wenig in ihrer räumlichen Verteilung beeinflusst werden.
Nähere Untersuchungen haben nun ergeben, dass diese Auffassung nicht ganz zutrifft, sondern dass die aus der Kathode austretenden Elektronen in grösserem oder geringerem Masse zu Bündeln vereinigt werden und diese Bündelung dann von in der Röhre weiter entferntliegenden Elektroden zunichte gemacht wird.
Diese Elektronenbündelung hat man sich nun schon zu Nutze gemacht, u. zw. insbesondere bei der Herstellung von mit einem Schutzgitter versehenen Entladungsröhren, um den Schutzgitterstrom möglichst herabzusetzen. Zu diesem Zwecke wurde bei der Herstellung solcher Röhren dafür Sorge getragen, dass die wirksamen Teile zweier oder mehrerer zwischen Kathode und Anode hintereinanderliegender Gitter in denselben zur Kathodenoberfläche senkrechten Flächen angeordnet wurden.
Bei diesen bekannten Bauarten war der zum, von der Kathode aus gerechnet, zweiten, dritten oder folgenden Gitter fliessende Strom sehr gering, auch wenn es sieh dabei um ein positives Gitter, z. B. um ein Schutzgitter, handelte. Der zu dem der Kathode zunäehstliegenden Gitter gehende Strom wurde aber in diesem Falle, den gewöhnlichen Bauarten gegenüber, nicht verringert. Zwecks Vermeidung dieses Nachteiles wird nach einem älteren Patent unter Schutz gestellt, die vorzugsweise den Gitterstrom liefernden Teile der Kathodenoberfläche von emittierender Substanz freizuhalten.
Gemäss der Erfindung wird nun dieser Nachteil dadurch vermieden, dass der die emittierenden Schichten tragende Körper der in einer solchen Röhre enthaltenen mittelbar geheizten Kathode derart ausgestaltet wird, dass er an den mit den wirksamen Teilen und/oder den Halterungsteilen des der Kathode zunächstliegenden Gitters in denselben zur Kathodenoberfläche senkrechten Ebenen bzw.
Flächen liegenden Stellen oder, mit anderen Worten, an den in der senkrechten Projektion dieser Teile auf die Kathodenoberfläche liegenden Stellen, an welchen Stellen keine Elektronen austreten können, eine grössere Stärke bzw. einen grösseren Radius hat als an den emittierenden bzw. mit Emissionsstoff überzogenen Stellen. Hiedurch wird die Bildung entsprechender Elektronenbündel von der Kathode aus noch begünstigt. Hiebei können die nichtemittierenden Stellen mit der Oberfläche des Emissionsstoffes in einer Flucht liegen oder vor diese vorspringen. Letzteres kann auch dadurch erzielt werden, dass die in der senkrechten Projektion der wirksamen Teile des ersten Gitters auf die Kathode liegenden Stellen des Kathodenkörpers mit einem, z. B. draht-oder bandförmigen (nichtemittierenden) Körper umwickelt werden.
An den in der senkrechten Projektion der Halterungsteile des ersten Gitters auf die Kathode liegenden Stellen des Kathodenkörpers können auch z. B. stabförmige Körper auf der Kathodenoberfläche befestigt werden, wodurch noch eine zusätzliche Bündelwirkung auf die aus der Kathode austretenden Elektronen ausgeübt wird.
Mit einer solchen Bauart wird nun erreicht, dass auch zu dem der Kathode zunächstliegenden Gitter nur ein äusserst geringer Gitterstrom fliesst, auch wenn dieses Gitter sich auf positivem Potential befindet. Dies ist von besonders grossem Vorteil zunächst bei Anwendung dieser Röhren z. B. für
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Empfänger-oder Verstärkerzwecke, weiters aber auch bei allen möglichen andern Verwendungen, z. B. in Gegentaktverstärkerschaltungen, bei denen sich bisher gerade dadurch öfters Schwierigkeiten ergaben, dass das jeweils auf positivem Potential befindliche erste Gitter zu viel Strom aufnahm.
Die in der beschriebenen Weise hervorgerufene Elektronenbündelung wird nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung dadurch voll ausgenutzt, dass die übrigen in der Röhre zwischen Kathode und Anode befindlichen Gitter derart gebaut bzw. angeordnet werden, dass die senkrechten Projektionen der wirksamen Teile dieser Gitter und/oder der Halteglieder derselben sowie die der wirksamen Teile bzw. der Halteglieder des der Kathode zunächstliegenden Gitters auf die Kathodenoberfläche mit den nichtemittierenden Stellen'der Kathode zusammenfallen.
Hiedurch wird ausserdem der zusätzliche Vorteil erreicht, dass sich zwischen der Kathode und den Teilen des ersten Gitters keine Raumladungen bilden können, die, wie sich herausgestellt hat, bei den nicht mit einer erfindungsgemässen Kathode versehenen Röhren zu unerwünschten Erscheinungen, insbesondere im'Anodenstrom, Anlass geben können.
Wenn man eine Bauart nach der Erfindung, insbesondere gemäss der zuletzt beschriebenen Ausführungsform, bei Schirmgitterröhren verwendet, so wird auch der Schirmgitterstrom sehr gering.
Es zeigt sich, dass die Elektronen in diesem Falle weniger von den weiter in der Röhre entfernten positiven Elektroden beeinflusst werden als von den auf negativem oder Nullpotential befindlichen Elektroden, welche die Bündelung der Elektronen bewirken, was vermutlich darauf zurückzuführen ist, dass die Elektronen in der Nähe der auf positivem Potential befindlichen Elektroden grössere Geschwindigkeit haben als bei den in der Nähe der Kathode befindlichen Elektroden auf negativem oder Nullpotential, so dass sie in grösserem Masse dem Einfluss dieser letzteren ausgesetzt sind.
Die Erfindung ist erfolgreich nicht nur für übliche Schirmgitterröhren verwendbar, sondern auch für andere mit Elektroden auf positivem Potential versehene Röhren, wie Fünf-, Sechs-und Mehrelektrodenröhren, bei denen die wirksamen Teile einiger oder sämtlicher Gitter in den gleichen zur Kathode senkrechten Ebenen liegen können, ebenso wie die Halteglieder dieser Gitter.
In besonderen Fällen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, eine die Kathode und die Gitter umgebende Anode mit sich senkrecht auf die Anodenoberfläche in den Entladungsraum erstreckenden Schirmen zu versehen, durch die der Verlauf der Elektronen noch weitergehend im gewünschten Sinne beeinflusst werden kann. Die Anordnung dieser Schirme an bestimmten Stellen ist unter anderm vom Verhältnis zwischen dem Anodenpotential und dem Potential des der Anode zunächstliegenden Gitters abhängig. Falls es sich um Röhren handelt, bei denen das Potential des der Anode zunächstliegenden Gitters beim Betrieb der Röhre nicht höher wird als das Anodenpotential, ist es vorteilhaft, die aus der Anodenoberfläche vorragenden Teile mit den Gitterteilen und den nicht emittierenden Teilen der Kathode in denselben zur Kathode senkrechten Ebenen bzw.
Flächen anzuordnen ; falls aber während des Röhrenbetriebes das Potential des der Anode zunächstliegenden Gitters das Anodenpotential übersteigt, ist es angezeigt, die aus der Anode vorragenden Teile mit den emittierenden Teilen der Kathode in denselben zur Kathodenoberfläche senkrechten Ebenen bzw. Flächen anzuordnen, weil in diesem Falle die maximale Konzentrierung der Elektronenbündel auf die Stellen der Anode gerichtet ist, die mit den Gitterdrähten in einer Ebene bzw. Fläche liegen.
In der Zeichnung ist die Erfindung durch Ausführungsbeispiele schematisch veranschaulicht.
In den Figuren bezeichnet 11 eine mittelbar geheizte Kathode, die aus einem Kathodenkörper besteht, innerhalb dessen ein Heizkörper 12 angeordnet ist. Die Bündelung wird bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform dadurch erhalten, dass die Stellen 13-des Kathodenkörpers nicht mit Emissionsstoff überzogen werden und dieser Stoff 14 auf die übrigen Stellen der Kathodenfläche, an welchen Stellen z. B. der Kathodenkörper geringeren Durchmesser als an den nicht überzogenen Stellen hat, aufgebracht wird. Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 erhält man die gleiche Wirkung dadurch, dass die Kathodenfläche mit einem drahtförmigen (nichtemittierenden) Körper 15 umwickelt wird, wobei dann die unterhalb desselben liegenden Stellen der Kathodenfläche gegebenenfalls mit Emissionsstoff überzogen sind.
Die Anordnung der übrigen Elektroden der Röhre, u. zw. des Gitters 16 und der Anode 17 in Fig. 1 und der Gitter 18 und 19 und der Anode 20 in Fig. 2, sind aus der Zeichnung ohne weiteres ersichtlich, ebenso wie ungefähr der Lauf der Elektronen, der in Fig. 1 durch das Bündel 21 und in Fig. 2 durch das Bündel 22 angedeutet ist. Wie in Fig. 1 noch dargestellt ist, kann die Anode 17 mit Teilen 23 versehen sein, durch die das Abfangen der Elektronenbündel erleichtert wird ; gleichzeitig wird damit das Auftreten von Sekundärelektronen behindert.
Die Fig. 3 und 4 weisen gleichfalls eine Kathode 11, einen auf diese Kathode aufgewickelten bandförmigen (nichtemittierenden) Körper 15, ein um Haltestäbe 25 gewickeltes, aus Draht bestehendes
Gitter 24 und eine Anode 26 auf. Wie in Fig. 3 dargestellt ist, können diese Elektroden auf einer Quetschstelle 27 angeordnet sein. Um die Bündelung der Elektronen nach Möglichkeit zu vervollständigen, sind auf der Kathodenoberfläche, u. zw. in den durch die Gitterhaltestäbe senkrecht zur Kathodenfläche gelegten Ebenen, zweckmässig stabförmige Teile 28 angebracht ; auch diese sind nicht mit Emissions- stoff überzogen.
In Fig. 5 ist dargestellt, wie bei einer elektrischen Entladungsröhre nach Fig. 3 der Anodenstrom und der Strom zum Gitter 24 bei einer Veränderung der an das Gitter 24 angelegten Spannung
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sich ändern, u. zw. bei einer Anodenspannung von 250 Volt. Dabei ist auf der Linie A-B die Gitterspannung, auf der Linie B-C der Anodenstrom und auf der Linie A-D der Strom zum Gitter 24 aufgetragen ; die Kurve 29 stellt den Gitterstrom in Abhängigkeit von der Gitterspannung und die Kurve JO den Anodenstrom als Funktion der Gitterspannung dar ;
hieraus ist zunächst ersichtlich, dass eine hohe Steilheit erzielt wird, und ferner, dass sogar bei besonders hohen Gitterspannungen der Gitterstrom die Grössenordnung von 2 mA nicht überschreitet, während der Anodenstrom in diesem Fall annähernd 200 mA beträgt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektrische Entladungsvorrichtung mit einem eine mittelbar geheizte Kathode enthaltenden Elektrodensystem, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper der Kathode an den in der senkrechten Projektion der wirksamen Teile und/oder der Halterungsteile des der Kathode zunächstliegenden Gitters auf die Kathodenoberfläche liegenden Stellen, an welchen Stellen keine Elektronen austreten. können, eine grössere Stärke bzw. einen grösseren Radius hat als an den Stellen, die emittieren bzw. mit Emissionsstoff überzogen sind, wobei die nichtemittierenden Stellen mit der Oberfläche des an den emittierenden Stellen angebrachten Emissionsstoffes in einer Flucht liegen oder diese überragen können.