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Anordnung zur Erzeugung von Kippschwingungen.
Zur Erzeugung von Kippschwingungen, wie sie z. B. zur zeitproportionalen Ablenkung des Elektronenstrahls von Braunsehen Röhren benötigt werden, benutzt man bisher entweder Gasent-
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schaltung. Bei der Verwendung von Gasentladungsröhren liegt die maximal erreichbare Schwingung- frequenz bei etwa 100 kHz. Sie ist in der Hauptsache dadurch begrenzt, dass diese Röhre zur Ent- ionisierung, d. h. zum Nichtleitendwerden, eine gewisse Zeit benötigt. Bei Hochvakuumröhren lassen sich wesentlich höhere Schwingungsfrequenzen erzielen, doch macht es hier Schwierigkeiten, eine genügend grosse Schwingungsamplitude zu erzielen.
In praktischen Fällen ist man zumeist gezwungen, die mittels Hoehvakuumröhren erzeugten Kippsehwingungen zu verstärken, wobei sich ein verhältnis- mässig grosser Aufwand an Röhren und Sehaltelementen für die gesamte Anordnung ergibt.
Die Erfindung betrifft eine Anordnung, bei der sich die Vorzüge der Gasentladungsröhren- schaltung-grosse Schwingungsamplitude-und der Hoehvakuumröhrenschaltungen-hohe Sehwin- gungsfrequenzen-vereinigen lassen.
Es wird hiebei von der an sich bekannten Tatsache Gebrauch gemacht, dass man einen Elektronen- strom in einer Hochvakuumröhre dadurch wesentlich verstärken kann, dass man die Primärelektronen so auf eine Elektrode schiesst, dass auf dieser eine grosse Zahl von Sekundärelektronen ausgelöst wird.
Die Sekundärelektronen kann man auf eine zweite Platte auftreffen lassen, so dass sie nochmals durch Sekundärelektronenauslösung vervielfacht werden. Trifft man die Anordnung so, dass sich dieser Vorgang mehrere Male wiederholt, so kommt man zu sehr grossen Verstärkungen des primären Stromes.
Diese Anordnung ist unter dem Namen Elektronenvervielfacher bekannt und ist bereits in mannigfacher Weise, z. B. zur Verstärkung von Photozellenströmen, angewendet worden.
Erfindungsgemäss wird ein Sekundärelektronenvervielfacher dazu verwendet, einen Kondensator zu entladen und den Einsatz dieser Entladung exakt zu steuern.
An Hand der Zeichnung, in der einige Ausführungsbeispiele schematisch wiedergegeben sind, soll der Erfindungsgedanke näher erläutert werden. In Fig. 1 bedeuten 1, 2,3 und 4 die Elektroden eines Sekundärelektronenvervielfaehers nach Zworykin, die aus einem Stoff bestehen oder mit einem Stoff bedeckt sind, der dem Auftreffen von Elektronen eine grosse Anzahl von Sekundärelektronen abgibt. Durch die Elektroden 5,6 und 7, die mit den Elektroden 2,3 bzw. 4 elektrisch verbunden sein können, sowie durch Magnetfelder, deren Kraftlinien senkrecht zur Zeichenebene verlaufen, werden die von der Elektrode 1 abgelösten Elektronen so abgelenkt, dass sie auf 2 auftreffen ; die von 2 abgelösten Elektronen treffen auf 3 auf und die von 3 abgelösten auf 4, wie es durch die gestrichelten Linien angedeutet ist.
Zwischen den Platten 1, 2, 3 und 4 liegen in bekannter Weise Gleichstromquellen 8, 9, 10 ; die Gleichspannungen können auch derselben Quelle unter Zwischenschaltung eines Spannungsteilers entnommen werden.
Nach der Erfindung ist zwischen den Platten 3 und 4 ein Kondensator 11 eingeschaltet, der über einen Widerstand 12 von der Gleichstromquelle 10 aufgeladen wird. Um einen zeitproportionalen Anstieg der Kondensatorspannung zu erzielen, kann der Widerstand 12 in an sich bekannter Weise durch eine Elektronenröhre ersetzt werden, deren Anodenstrom in weiten Grenzen unabhängig von
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der Grösse der Anodenspannung konstant bleibt. Während der Kondensatoraufladung soll zwischen den Elektroden und 4 ein möglichst kleiner Strom fliessen. Sobald der Kondensator jedoch eine bestimmte Spannung erzielt, muss plötzlich ein grosser Strom einsetzen, so dass der Kondensator schnell entladen wird.
Die Steuerung dieser Entladung kann beispielsweise durch den primären, auf die Elektrode 1 auftreffenden Elektronenstrahl erfolgen, u. zw. kann das gemäss der Erfindung z. B. in der Weise geschehen, dass der Elektronenstrahl zunächst durch eine beispielsweise indirekt geheizte GlÜhkathode13 erzeugt und durch einen Wehnelt-Zylinder 14 oder eine andere Linsenanordnung konzentriert und durch die einer Gleichstromquelle 15 entnommene Anodenspannung zur Anode 16 beschleunigt wird. Durch eine Öffnung in der Anode wird der Strahl. ausgeblendet und gelangt, sofern an den Ablenkplatten 17 und 18 keine Spannung liegt, auf dem durch die strichpunktierte Linie 20 angedeuteten Wege in eine Auffangkammer 19. Legt man nun zwischen die Ablenkplatten 17 und 18 eine Spannung, so wird der Elektronenstrahl entsprechend abgelenkt.
Entnimmt man diese Spannung dem Aufladekreis des Kondensators 11, so lässt sich durch richtige Dimensionierung der Ablenkplatten und passende Wahl der Betriebsspannungen erreichen, dass der Elektronenstrahl gerade dann durch die Öffnung bzw. den Schlitz der Kammer 19 auf die Elektrode 1 fällt, wenn der Kondensator die gewünschte Höehstspannung erreicht hat. Durch den Elektronenstrahl werden dann an der Elektrode 1 Sekundärelektronen abgelöst, die über 2 und 3 die Auslösung des vervielfachten Stromes zwischen 3 und 4 bewirken, durch die der Kondensator 11 in verhältnismässig kurzer Zeit entladen werden kann.
Gleichzeitig mit der Kondensatorspannung sinkt die Spannung an den Ablenkplatten 17 und 18 ab. so dass der Elektronenstrahl weniger stark abgelenkt wird und wieder in die Auffangkammer zurückfällt.
Sobald auf 1 keine Elektronen mehr auftreffen, hört auch der Stromfluss zwischen 3 und 4 auf, und der Kondensator wird von neuem aufgeladen. Die Kondensatorspannung nimmt also den als Kippschwingung bekannten sägezahnförmigen Verlauf an.
In Fig. 1 ist nur eine Ausführungsform der Steuerung des zur Erzeugung an Kippschwingungen dienenden Sekundärelektronenvervielfachers gezeigt. Eine weitere Möglichkeit besteht beispielsweise darin, die Platte 1 als Anode eines Drei-oder Mehrelektrodenrohres auszubilden, bei dem der von einer Glühkathode emittierte Elektronenstrom durch ein oder mehrere Gitter gesteuert wird. Die Steuerung erfolgt dann ebenfalls wieder in Abhängigkeit von der Kondensatorspannung in der Weise, dass das oder die Gitter den Elektronenstrom so lange absperren, bis der Kondensator die gewünschte Spannung erreicht hat. Dabei kann durch an sich bekannte Schaltungen dafür gesorgt werden, dass beim Erreichen der gewünschten Kondensatorspannung der Elektronenstrom plötzlich auf den vollen Wert anspringt.
Diese Schaltung hat den Vorzug, dass man mit einer verhältnismässig grossen Zahl Primärelektronen arbeitet, so dass man mit nur wenigen Vervielfacherstufen auskommt.
Die Anordnung der Vervielfaehungsplatten ist ebenfalls nicht auf das in Fig. 1 wiedergegebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Die Platten können beispielsweise auch in der in Fig. 2 wiedergegebenen Weise in einem regelmässigen Vieleck angeordnet werden. Diese Anordnung hat vor der in Fig. 1 gezeigten den Vorzug, dass sich eine grosse Zahl von Platten auf kleinem Raum unterbringen lässt und ausserdem nur ein einziges Magnetfeld zur Ablenkung der Elektronen notwendig ist, dessen Achse mit der Achse des Vielecks zusammenfällt. In Fig. 2 ist dieses Magnetfeld wieder senkrecht zur Zeichenebene zu denken. Ausserdem kann bei dieser Anordnung die Anzahl der Gegenelektroden 5, 6,7 usw.
. kleiner sein als die Anzahl der Zwischenräume zwischen den Elektroden 1, ; 2,, 1, 4 usw. Die Steuerung dieses Vervielfachers kann wieder in der oben angegebenen Weise erfolgen. Beispielsweise kann ein gesteuerter Elektronenstrahl in bekannter Weise durch eine Öffnung in der Platte 1 in den Vervielfacher eintreten.
Eine Abwandlung des Erfindungsgedankens besteht in der Verwendung des Sekundärelektronenvervielfachers nach Farnsworth zur Erzeugung von Kippschwingungen. Farnsworth benutzte zur Elektronenvervielfaehung eine Anordnung mit zwei sekundäremissionsfähigen Platten (vgl. z. B.
Fig. 3, Bezugszeiehen 22 und 23), zwischen denen eine hochfrequente Wechselspannung liegt, zu deren Erzeugung die Sekundärwicklung eines Transformators, dienen kann. Infolge der Wechselspannung pendeln die Elektronen zwischen den Platten hin und her, bei jedem Aufprall Sekundärelektronen auslösend. Der verstärkte Strom wird an einem zwischen den Platten angeordneten Anodenzylinder 21 abgenommen. Es ergibt sich unmittelbar aus der Theorie dieses Vervielfaehers, dass erst dann der Vervielfaehungsprozess vor sich geht, wenn an dem Vervielfacher eine Wechselspannung mit bestimmter Amplitude und Frequenz und eine bestimmte Anodenspannung liegt. Es gibt eine ganze Schar solcher Tripel von Zahlenwerten dieser Grössen, für die Resonanz besteht, d. h. eine Vervielfachung eintritt.
Hält man Frequenz und Amplitude der Wechselspannungfest, so gibt es einen ganz bestimmten kritischen Wert der Anodenspannung, bei dem Vervielfachung eintritt und somit der Anodenstrom von 0 plötzlich auf einen beträchtlichen Wert springt. Dieses Springen erfolgt jedoch nicht bei allen Wertetripeln, bei denen man das Auftreten der Resonanz erwarten sollte ; die bestehenden Springstellen sind aber gut reproduzierbar. Hat der Vervielfachungsvorgang an einem Resonanzwert der drei erwähnten Grössen eingesetzt, so muss man z. B. die Anodenspannung über den kritischen Punkt hinaus noch weiter erniedrigen, bis der Anodenstrom wieder 0 wird. Die Differenz zwischen den Spannungen, bei denen der Vervielfaehungsvorgang einsetzt und wieder zusammenbricht, hängt von der Resonanzstelle
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Arrangement for generating tilting vibrations.
To generate tilting vibrations as they occur, for. B. are needed for the time-proportional deflection of the electron beam from Braunsehen tubes, so far either gas detectors
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circuit. When using gas discharge tubes, the maximum achievable oscillation frequency is around 100 kHz. It is limited mainly by the fact that this tube for deionization, i. H. takes a certain amount of time to become non-conductive. With high vacuum tubes, much higher oscillation frequencies can be achieved, but here it is difficult to achieve a sufficiently large oscillation amplitude.
In practical cases, one is mostly forced to intensify the tilting vibrations generated by means of high vacuum tubes, which results in a relatively large amount of tubes and support elements for the entire arrangement.
The invention relates to an arrangement in which the advantages of the gas discharge tube circuit - large oscillation amplitude - and the high vacuum tube circuit - high visual oscillation frequencies - can be combined.
Use is made here of the fact, which is known per se, that an electron flow in a high vacuum tube can be significantly increased by shooting the primary electrons at an electrode in such a way that a large number of secondary electrons are released from it.
The secondary electrons can be made to strike a second plate so that they are multiplied again by triggering the secondary electrons. If the arrangement is made in such a way that this process is repeated several times, the result is very large gains in the primary current.
This arrangement is known under the name electron multiplier and is already used in many ways, e.g. B. has been used to amplify photocell currents.
According to the invention, a secondary electron multiplier is used to discharge a capacitor and to precisely control the use of this discharge.
The idea of the invention is to be explained in more detail with reference to the drawing, in which some exemplary embodiments are shown schematically. In Fig. 1 1, 2, 3 and 4 denote the electrodes of a secondary electron multiplier according to Zworykin, which consist of a substance or are covered with a substance which emits a large number of secondary electrons when electrons strike. Electrons 5, 6 and 7, which can be electrically connected to electrodes 2, 3 and 4, as well as by magnetic fields, the lines of force of which run perpendicular to the plane of the drawing, deflect the electrons detached from electrode 1 so that they reach 2 strike; the electrons released from 2 hit 3 and those released from 3 hit 4, as indicated by the dashed lines.
Between the plates 1, 2, 3 and 4 are direct current sources 8, 9, 10 in a known manner; the DC voltages can also be taken from the same source with the interposition of a voltage divider.
According to the invention, a capacitor 11 is connected between the plates 3 and 4 and is charged by the direct current source 10 via a resistor 12. In order to achieve a time-proportional increase in the capacitor voltage, the resistor 12 can be replaced in a manner known per se by an electron tube whose anode current is largely independent of
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the size of the anode voltage remains constant. During the charging of the capacitor, the smallest possible current should flow between the electrodes and 4. As soon as the capacitor reaches a certain voltage, however, a large current suddenly has to set in so that the capacitor is quickly discharged.
This discharge can be controlled, for example, by the primary electron beam impinging on the electrode 1, u. between. According to the invention, for. B. done in such a way that the electron beam is initially generated by a, for example, indirectly heated GlÜhkathode13 and concentrated by a Wehnelt cylinder 14 or some other lens arrangement and accelerated to the anode 16 by the anode voltage taken from a direct current source 15. The beam is through an opening in the anode. faded out and, provided there is no voltage at the deflection plates 17 and 18, on the path indicated by the dash-dotted line 20 into a collecting chamber 19. If a voltage is now placed between the deflection plates 17 and 18, the electron beam is deflected accordingly.
If this voltage is taken from the charging circuit of the capacitor 11, correct dimensioning of the deflection plates and suitable selection of the operating voltages can ensure that the electron beam falls through the opening or the slot of the chamber 19 on the electrode 1 when the capacitor is the has reached the desired maximum voltage. The electron beam then detaches secondary electrons at electrode 1, which via 2 and 3 trigger the multiplied current between 3 and 4, through which capacitor 11 can be discharged in a relatively short time.
Simultaneously with the capacitor voltage, the voltage on the deflection plates 17 and 18 drops. so that the electron beam is deflected less strongly and falls back into the collecting chamber.
As soon as no more electrons hit 1, the flow of current between 3 and 4 also stops, and the capacitor is charged again. The capacitor voltage thus assumes the sawtooth-shaped curve known as the breakover oscillation.
In Fig. 1 only one embodiment of the control of the secondary electron multiplier serving to generate tilting vibrations is shown. Another possibility consists, for example, in designing the plate 1 as the anode of a three-electrode or multi-electrode tube, in which the electron flow emitted by a hot cathode is controlled by one or more grids. The control then takes place again as a function of the capacitor voltage in such a way that the grid or grids shut off the flow of electrons until the capacitor has reached the desired voltage. Circuits known per se can ensure that the electron current suddenly jumps to the full value when the desired capacitor voltage is reached.
This circuit has the advantage that one works with a comparatively large number of primary electrons, so that only a few multiplier stages are sufficient.
The arrangement of the multiplication plates is also not limited to the embodiment shown in FIG. The plates can, for example, also be arranged in the manner shown in FIG. 2 in a regular polygon. This arrangement has the advantage over that shown in FIG. 1 that a large number of plates can be accommodated in a small space and, moreover, only a single magnetic field is necessary to deflect the electrons, the axis of which coincides with the axis of the polygon. In Fig. 2, this magnetic field is again to be thought of as perpendicular to the plane of the drawing. In addition, with this arrangement, the number of counter electrodes 5, 6.7, etc.
. be smaller than the number of spaces between the electrodes 1,; 2 ,, 1, 4 etc. The control of this multiplier can take place again in the manner indicated above. For example, a controlled electron beam can enter the multiplier in a known manner through an opening in the plate 1.
A modification of the inventive concept consists in the use of the secondary electron multiplier according to Farnsworth to generate tilting vibrations. Farnsworth used an arrangement with two secondary emissive plates for electron multiplication (see e.g.
3, reference numbers 22 and 23), between which there is a high-frequency alternating voltage, for the generation of which the secondary winding of a transformer can serve. As a result of the alternating voltage, the electrons oscillate back and forth between the plates, releasing secondary electrons with each impact. The amplified current is taken from an anode cylinder 21 arranged between the plates. It follows directly from the theory of this multiplier that the multiplication process only takes place when an alternating voltage with a certain amplitude and frequency and a certain anode voltage is applied to the multiplier. There is a whole host of such triplets of numerical values of these quantities for which there is resonance, i.e. H. a multiplication occurs.
If the frequency and amplitude of the alternating voltage are kept constant, there is a very specific critical value of the anode voltage at which multiplication occurs and the anode current suddenly jumps from 0 to a considerable value. However, this jumping does not take place in all triples of values for which one should expect the resonance to occur; the existing jumping points are, however, easily reproducible. If the multiplication process has started at a resonance value of the three quantities mentioned, then one must e.g. B. lower the anode voltage beyond the critical point until the anode current is 0 again. The difference between the voltages at which the multiplication process begins and then collapses depends on the point of resonance
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