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Elektronenröhre.
In den derzeit bei Verstärkerröhren üblichen Verfahren zur Steuerung von Elektronenströmen werden die Elektronen durch das Steuerfeld in einem Zustand beeinflusst, in dem sie eine verhältnis- mässig geringe Geschwindigkeit besitzen. Dies bedeutet, dass die Elektronen sich verhältnismässig lange in dem steuernden Wechselfeld aufhalten. Auch bei Senderöhren, Kathodenstrahlröbren usw. wird die Steuerung in einer solchen Zone des Entladungsraumes vorgenommen, wo die Elektronengeschwindig- keit klein ist. Es wurden sogar besondere Massnahmen (Bremselektroden) angegeben, um die Elektronen- geschwindigkeit im Steuerbereich gleich Null zu machen. Dabei war die Überlegung massgebend, dass zur Beeinflussung langsamer Elektronen eine kleine Steuerspannung ausreicht. Hiebei hat man jedoch folgende Zusammenhänge nicht beachtet.
Werden die Elektronenlaufzeiten im Steuerfeld vergleichbar mit der Periodendauer der angelegten Wechselspannung, so entziehen die Elektronen den angekoppelten Kreisen Energie, d. h. es treten in diesen Kreisen Dämpfungsersrheinungen auf. welche die Selektivitätseigenschaften verschlechtern. Beispielsweise ergibt sieh bei Hoehfrequenz- verstärkerröhren eine Dämpfung des abgestimmten Eingangskreises.
Die Erfindung beruht auf der Überlegung, dass es zwecks Vermeidung der genannten Nachteile notwendig ist, die Laufzeit der Elektronen im Steuerfeld möglichst kurz zu machen. Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass der vorzugsweise aus gebündelten Elektronen bestehende Entladungs- strom unter einem von Null und 90 abweichenden Winkel gegen die Kraftlinieneinrichtung in das
Steuerfeld gerichtet ist, so dass der Einsatzpunkt der Steuerkennlinie Ja = f (E), die den Anoden- strom Ja als Funktion der Steuerspannung darstellt, bei einem merklich positiven Effektivpotential der Steuerelektrode liegt.
Infolge des schrägen Einfalls der Elektronen in das Steuerfeld braucht nicht die Gesamtgeschwindigkeit der Elektronen, sondern nur die in die Richtung des Steuerfeldes fallende
Geschwindigkeitskomponente auf den Wert Null gebracht zu werden, so dass die Elektronen während ihres ganzen Aufenthalts im Bereich des Steuerfeldes eine endliche Geschwindigkeit besitzen. Daher erfolgt die Einwirkung des steuernden Feldes auf das einzelne Elektron nur sehr kurzzeitig und in- folgedessen wird eine schädliche Dämpfung des Steuerkreises und eine Verflachung seiner Resonanz- kurve vermieden.
Ausserdem folgt daraus, dass der Potentialunterschied zwischen der Steuerelektrode und der die Einfallsgeschwindigkeit der Elektronen in das Steuerfeld bestimmenden Elektrode kleiner ist als der Potentialunterschied zwischen letzterer Elektrode und der Kathode, so dass also das Effektiv- potential der Steuerelektrode gegen die Kathode einen positiven Wert besitzt.
Der Erfindungsgedanke soll nun an Hand einiger Beispiele erläutert werden. In der Fig. 1 stellen I und I'Hilfselektroden dar. 11 sei das Steuergitter und III die dahinter befindliche Anode einer Verstärkerröhre. Das Potential von I sei mit Mi und das Effektivpotential in der Steuergitter- fläche mit U2 bezeichnet. Durch I sollen Elektronen unter einem Neigungswinkel a gegen die Feld- richtung in das zwischen I und 11 herrschende Feld eintreten. Wenn dieses Feld abbremsend wirkt, bewegen sich die Elektronen auf parabolischen Bahnen, wie sie z.
B. gestrichelt eingezeichnet sind.
Eine einfache Rechnung ergibt, dass die Elektronen nur dann die Steuergitterfläche II und damit auch die Anode 111 erreichen können, wenn das Effektivpotential der Steuergitterfläche
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abgebremst werden, wesentlich von der Grösse des Winkels a abhängt. Treten z. B. die Elektronen mit dem Winkel et = 0 in das Feld ein, so müssen sie zur Steuerung bis auf die Geschwindigkeit 0 abgebremst werden. Nimmt man dagegen an, dass o = 45 sei und die Spannung der Hilfselektrode I ! == 100 Volt betrage, so liegt der Scheitel der parabolischen Elektronenbahnen auf einer Potentialfläche von etwa 50 Volt.
Die Elektronen können also die Fläche des Steuergitter II und die Anode II erst dann erreichen, wenn das Effektivpotential des Steuergitter U, 50 Volt ist, und werden dann nur bis zu einer Geschwindigkeit von 50 Volt abgebremst. Solange das Effektivpotential des Steuergitters U2 - < 50 Volt ist, kehren die Elektronen zur Hilfselektrode I zurück bzw. werden sie von der Hilfselektrode l'aufgenommen, wobei sie jedoch wiederum nur bis 50 Volt abgebremst werden.
Die Entladungskennlinie, die sich bei einer Elektronenstrahlung, die aus Elektronen gleicher Geschwindigkeit und paralleler Richtung zusammengesetzt ist, ergibt, zeigt die Kurve a in Fig. 2.
Man sieht, dass die Steuerung also bei verhältnismässig grossen Elektronengeschwindigkeiten erfolgt und die Elektronen sich nicht lange im Steuerfeld aufhalten. Besitzt der Elektronenstrahl eine gewisse Winkeldivergenz A a beim Eintritt in das verzögernde Feld, so nimmt die Kennlinie die Gestalt der Kurve b in Fig. 2 an. Dies hängt damit zusammen, dass den unter verschiedenen Winkeln in das Steuerfeld eintretenden Elektronen verschieden grosse Effektivpotentiale des Steuergitter zugeordnet werden müssen, um sie zur Umkehr zu veranlassen. Die Verschleifung der Kennlinien tritt zwischen den Spannungswerten
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auf.
Die in Fig. 2 gekennzeichnete Kennlinienform ist völlig neuartig, denn bei allen bisher bekannten Kennlinien setzt der Entladungsstrom beim Effektivpotential 0 der Steuerelektrode ein. Diese Kennlinien entstehen also unter der Voraussetzung, dass die Steuerung solche Elektronen beeinflusst, die die bis auf ganz kleine Geschwindigkeiten abgebremst sind. Die in Fig. 2 gezeigten Kennlinien beginnen erst bei positiven Effektivpotentialen und verschieben sich um so mehr in der Richtung positiver Effektivpotentiale, je grösser der Einfallswinkel a gewählt wird, d. h. mit je schnelleren Elektronen man arbeitet.
Wie sich aus Formel I ergibt, besteht ein Zusammenhang zwischen der Grösse der zur Steuerung des Elektronenstromes erforderlichen Effektivpotentials der Steuerelektrode U2 und dem Einfallswinkel der Elektronenstrahlen a. Daraus ersieht man, dass die Steuerung sowohl durch Änderung der Intensität des steuernden Feldes, also durch Beeinflussung des Effektivpotentials u2, erfolgen kann, also auch durch Veränderung des Einfallswinkels a. Gegebenenfalls kommt auch die gleichzeitige Anwendung beider Steuerungen in Frage. In beiden Fällen können die zur Intensitäts-bzw. Winkelsteuerung von Entladungsströmen bekannten Mittel Anwendung finden ; für die Winkelsteuerung können sowohl magnetische als auch elektrostatische Ablenkfelder zur Wirkung gebracht werden.
Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Elektrodenanordnung sollte lediglich zur Erläuterung des Erfindungsgedankens dienen. In Fig. 3 ist der Querschnitt durch ein zur praktischen Durchführung des Erfindungsgedankens geeignetes Elektrodensystem wiedergegeben. Aus der Glühkathode K werden Elektronen durch die gitterförmige Elektrode 1 (Spannung) nach aussen geführt und durch die auf Kathodenpotential gehaltenen Stege 3 in zwei Bündel B, B'geteilt. Hat. die Elektrode 5 beispielsweise auch das Potential , so erhält man beim Verändern des Potentials der Elektrode 4 eine Kennlinie, deren Verlauf mit dem der Kennlinie in Fig. 2 übereinstimmt. Der Elektronenstrom verteilt sich dabei auf die Elektroden 4 und 5.
Die Steilheit der Kennlinie hängt von der Grösse des Divergenzwinkels ab, mit dem die Elektronen in das verzögernde Feld des Steuerraums eintreten.
Will man die Steilheit der Entladungskennlinie möglichst gross machen, so ist es notwendig, diese Winkeldivergenz, die vorhin mit A < x bezeichnet wurde, möglichst klein zu machen. Hiefür bestehen grundsätzlich zwei Möglichkeiten :
1. Die Elektronen werden scharf gebündelt und daher parallel gerichtet und treten unter einem eindeutig bestimmten Winkel a in ein homogenes Gegenfeld ein.
2. Bei ungenügender Bündelung, bei der die Elektronen die Kathode in verschiedener Richtung verlassen und daher divergierende Bahnen zurücklegen, kann das verzögernde Feld so gestaltet werden, dass alle Elektronen unter dem gleichen Winkel in dieses eintreten.
Der zweite Fall ist in Fig. 4 dargestellt. Hiebei treten Elektronen verschiedener Flugrichtung in ein derart gekrümmtes Gegenfeld ein, dass sie jeweils dieselbe Äquipotentialfläche P, P', P"unter dem gleichen Winkel ao durchsetzen. Dadurch erreicht man wiederum, dass die Elektronen praktisch auf der gleichen Potentialfläche umkehren, d. h. bei einem für alle Elektronen gleichen Effektivpotential der Steuerfläche zu dieser und damit zur Anode gelangen.
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