Vorrichtung zur Verstärkung kleiner Spannungen mit einer elektrischen Entladungsröhre. Die Erfindung bezieht sich auf eine Vor richtung zur Verstärkung kleiner Spannungen mit Hilfe einer elektrischen Entladungsröhre, in der zwei Elektronenbündel sich innerhalb einer Elektrode kreuzen, wobei die Anordnung der Entladungsstrecken der beiden Elektro nenbündel in Bezug aufeinander derart ge wählt ist, dass das eine Elektronenbündel vom Potentialminimum des andern Elektronenbün dels gesteuert wird.
Solche Vorrichtungen sind von der Anmel- derin bereits in der schweiz. Patentschrift N7r. \?05339 beschrieben worden. Ein Vorteil derselben besteht darin, dass sie grosse Ver stärkungen zu erreichen gestatten. Eine Schwierigkeit ist aber, dass die Raumladung, welche das gesteuerte Bündel innerhalb der Elektrode bildet, in der die Beeinflussung dieses Bündels stattfindet, nicht zu gross sein darf, da sonst eine unerwünschte RüchwirkLmg auf das steuernde Bündel eintreten kann. Die Erfindung bezweckt, diesen Nachteil zu be heben.
Es ist bereits bekannt, dass bei Entla dungsröhren, deren Kathode im oder nahe beim Anlaufstromgebiet arbeiten, grosse Ver stärkungen erzielbar sind. Unter Anlauf stromgebiet ist derjenige Teil der Kathoden- stromsteuerspannungseharakteristik zii verste hen, in dem gilt:
EMI0001.0014
wobei F, = Steuerspannung und Et = mittlere Austritts geschwindigkeit der Elektronen. Die relative Stromänderung je Volt, das heisst die relative Steilheit <B>111,</B> die in diesem Teil der Charakte ristik erreichbar ist, ist
EMI0001.0017
Bei neuzeitlichen Oxydkathdden beträgt Et etwa 0,1 V, so dass M = 10 V-1 ist.
Bei Dioden wird dieser Wert von 111 tatsächlich erreicht. Bei Trioden hingegen beträgt 11 meistens nicht mehr. als 3 bis 4 V-1. Dies dürfte der Tatsache zuge schrieben werden, dass die Steuerspannung in einer Triode nicht überall in der Gitterebene den gleichen Wert hat. In der Mitte zwischen den Gitterdrähten ist der Einflüss der Gitter spannung geringer als in der unmittelbaren Nähe der Gitterdrähte. Es leuchtet. ein, dass infolgedessen der Wert von<I>111</I> wesentlich herabgesetzt wird.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung verei nigt nun die Vorteile der Steuerung mit Hilfe eines kreuzenden Bündels mit den Vorteilen der Steuerung, wo das gesteuerte Elektronen- Bündel von einer im Anlaufstromgebiet arbei tenden Kathode ausgeht.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung enthält eine elektrische Entladungsröhre, in der zwei Elektronenbündel sich innerhalb einer Elek trode kreuzen, wobei die Anordnung der Ent ladungsstrecken der beiden Elektronenbündel in Bezug aufeinander derart gewählt ist, dass das eine Elektronenbündel. vom Potentiahmini- lnum des andern Elektronenbündels gesteuert wird. Erfindungsgemäss arbeitet die Kathode, von der das gesteuerte Bündel ausgeht, im Anlaufstromgebiet.
Zweckmässig wird das Steuerbündel selbst von einem Gitter gesteuert. Es ist vorteilhaft, wenn das gesteuerte Bündel nicht zu breit ist, damit die das gesteuerte Bündel beeinflus sende Steuerspannung über den .ganzen Schnitt desselben praktisch gleich bleibt, so dass im Potentialminimum das Potential nur wenig von der Stelle des Bündelquerschnittes abhängt.
Das gesteuerte Bündel wird also von einer einzigen Steuerspannung beeinflusst, so dass die relative Steilheit den Bleiehen Wert wie bei einer Diode erreichen kann, so dass in diesem Fall für den Strom auch gilt:
EMI0002.0006
Es ist ferner vorteilhaft, wenn das ge steuerte Bündel keine Elektronen aus der Raumladung des Steuerbündels wegfangen kann. Dies ist z. B. erzielbar, wenn in erster Linie dafür gesorgt wird,:dass die Elektronen- geschwndigkeit des Steuerbündels in der Raumladung gross ist, indem z.
B. zwischen der Kathode, von der das Steuerbündel aus geht und der Elektrode, in der die Beeinflus sung stattfindet, eine Elektrode mit positivem Potential angeordnet wird, oder indem die erstgenannte Elektrode selbst auf ein hohes Potential gebracht wird. Weiter ist es zweck mässig, wenn das gesteuerte Bündel und die Elektrode, in welcher die Beeinflussung statt findet, in der Richtung, in der sich das Steuer bündel bewegt, keine grossen Abmessungen haben.
Wenn nicht nur das gesteuerte Bündel, sondern auch das Steuerbündel von einer Kathode ausgeht, die im Anlaufstromgebiet arbeitet, kann in diesem Fall eine Einstellung des Arbeitspunktes genügen, die nur eine ver hältnismässig kleine relative Steilheit ergibt, da die Steuerring mit -sich kreuzenden Bün deln einen günstigen Einfluss auf die relative Steilheit hat. Es ist zweckmässig, den Strom des Steuerbündels wenigstens zehnmal grösser als den Strom des gesteuerten Bündels zu wählen. Ein Mittel zu diesem Zweck ist z. B.
die Anordnung eines D,lektronenvervielfaehers zwischen einer Kathode, von der das Steuer bündel ausgeht und der Elektrode, innerhalb derer die Steuerring erfolgt. Der Ausgangs strom dieses Vervielfachers kann leicht so gross werden, dass auch bei sehr kurzen Ab ständen eine hinreichende Raumladung ent steht. Da die Kathode im Anlaufstromgebiet arbeitet, hat man hier trotzdem eine hohe relative Steilheit, da diese durch die Verviel fachung nicht verlorengeht.
Weil das gesteuerte Bündel von einer Ka thode ausgeht, die im Anlaufstromgebiet ar beitet, so ist es vorteilhaft, den Strom nach der Steuerung mit Hilfe eines Elektronenver- vielfachers zu vervielfachen.
Mit einer Entladungsröhre, die sowohl für den Steuerstrom als auch für den gesteuerten Strom mit einem Elektronenvervielfacher versehen ist, können, wie aus dem obengeschil- derten klar sein wird, ganz beträchtliche Ver stärkungen erzielt werden.
Eine Ausführungsform der erfindiuigsge- mässen Vorrichtung wird nachstehend an Hand der beiliegenden Zeichnung beispiels weise näher erläutert.
Die Fig. 7. zeigt einen Schnitt durch das Elektrodensystem der Versuchsröhre. Die längliche Kathode 1 des Steuerbündels ist nur an der der käfigförinigen Elektrode 4 zuge kehrten hohlen Seite mit emittierenden Oxy den bedeckt. Das Steuergitter 2 ist in der selben Richtung gebogen wie die Kathoden oberfläche; die Drähte dieses Gitters sind 0,050 mm dick, während der Abstand der Adisen dieser Drähte<B>0,180</B> nun ist. Die ak tive Oberfläche der Kathode 1 hat eine Breite von 4 mm und eine Länge von 16 mm. An der Hinterseite der Kathode ist ein Fanggitter 15 angeordnet, das mit der Kathode verbun den ist und Streuelektronen auffangen soll.
Das Schirmgitter 3 hat Drähte von 0,060 mm mit Abständen zwischen den Drähten von 0,300 mm. Gegenüber dem Schirmgitter 3 befindet sich die Anode 5 für das steuernde Bündel. Zu beiden Seiten einer Verengung in der käfigförinigen Elektrode 4 befinden sieh zwei Öffnungen- 9 und 10, durch welche das gesteuerte Bündel ein- und austritt. Seitlich des Käfigs 4 befindet sich die Kathode 6 des gesteuerten Bündels. Das Gitter 16 hat hier dieselbe Funktion wie das Fanggitter 15 für die Kathode 1. Zwei plattenförmige Elektro den 17 sind mit der Kathode 6 verbunden zur Erzielung eines homogenen Elektronenbündels. Die Platten 18 dienen zur Regelung der Bün delbreite beim Durchgang durch die Platten 7 und B.
Die aktive Oberfläche der Kathode hat eine Breite von 0,6 mm und eine Länge von 6 mm. Da das steuernde Bündel 16 mm lang ist, wird erreicht, dass das gesteuerte Bündel über seine gesamte Querschnittsfläche dieselbe Beeinflussung erhält. Die Durch trittsöffnungen in den Platten 7 und 8 haben Abmessungen von 1,2X10 mm bzw. 0,9;C7.0 mm. Mit 19 ist ein Diaphragma an gecleut.et zur weiteren Regelung des gesteuer ten Elektronenbündels.
Zwei Drähte 20 dienen zur Beeinflussung des gesteuerten Bündels nach der Steuerung durch das kreuzende Bün del, so dass das Bündel nur auf die Anode 14 auftreffen wird und nicht auf die Platten 21, welche einen Käfig bilden für die Streuelek tronen aus dein steuernden Bündel. Der Auf fangkäfig 21 wird vervollständigt mit den Platten 22. Sämtliche Elektroden sind gefasst zwischen zwei Mikaplatten, welche zur Ver meidung von Wandladungen mit einer Metalli- sierung bedeckt sind, welche in der Abbildung gestrichelt angegeben ist.
Die Spanniuigen, die an die Elektroden gelegt wurden, waren gegenüber der Kathode 1 wie folgt: 6' j = V4 = V.;" = V., = 17.7,5 V; V, =130 V; V1,, = 113 V; V, = V1Q = 129 V; Z'" = 176 V; V14 = 116 V.
Die Spannung der Kathode 6 gegenüber der Elektrode 4 beträgt -13,5 V. In Fig. 2 ist angegeben, wie der Strom 1" des gesteuerten Bändels abhängt von der Spannung V, zwi- sehen Kathode 1 und Steuergitter 2. Da der Strom hi logarithmischem Massstab und die Spannung in linearem Massstab aufgetragen ist, geht bereits aus der Fig.2 hervor, dass das gesteuerte Bündel im Anlaufstroiugebiet arbeitet für VZ zwischen 0,8 und 0,94 V, denn in diesem Bereich ist die Stromspannungs- charakteristik eine Gerade.
Der Strom I14 des gesteuerten Bündels ist korrigiert für Streu elektronen aus dem steuernden Bündel, welche Korrektur weniger als 1 mA beträgt.
Die Stromstärke des Steuerbündels beträgt bei V; = 0,76 V 8,5 mA und bei V2 = 0,94 V 9,6 mA. Die Stromstärke 1,4 im gesteuerten Bündel beträgt an den beiden Enden des ge radlinigen Teils der logarithmischen Charak teristik bei Vü = 0,8 V 6,8 @cA und bei V@ = 0,94 V 0,3 ,uA, Wenn man den Abso- lutwert der relativen Steilheit schreibt als
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dann lässt sich aus den gegebenen Zahlen leicht berechnen,
dass im geradlinigen Teil der Stromspannungscharakteristik dieser Absolut wert etwa 22 V-1 beträgt.