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Einrichtung, die als elektrischer Widerstand mit fallender Charakteristik wirkt, unter Verwendung einer Elektronenröhre.
Die vorliegende Erfindung geht von folgendem Sachverhalt aus : Es sei eine Röhre vorzugsweise mit symmetrischem, konzentrischem Elektrodensystem gegeben, welches aus einer Glühkathode als' primärer Elektronenquelle, mindestens zwei diese umgebenden Gitterelektroden und einer Anode besteht.
Die beiden Gitter werden ebenso wie die Anode auf positiven Potentialen gehalten. Das der Kathode zunächst liegende Gitter erhält eine verhältnismässig geringe positive Spannung, deren Höhe die Zahl der durchgelassenen Elektronen, also die Dichte des Elektronenstromes, bestimmt. Die Spannung des zweiten Gitters ist stärker positiv und dient zur Beschleunigung der das erste Gitter verlassenden Elektronen. Ganz unabhängig davon, ob die Spannung der Anode oder des zweiten Gitters die höchste an der Röhre liegende positive Spannung darstellt, zeigt sich, dass der Anodenstrom trotz steigenden Gesamtstromes abnehmen kann. Solange nämlich die Dichte des Elektronenstromes unterhalb eines gewissen mit den Dimensionen des Elektrodensystems zusammenhängenden Grenzwertes liegt, gelangen alle Elektronen an die Anode.
Wenn die Stromdichte jedoch diesen Grenzwert überschreitet, so bildet sich in dem Raum zwischen dem Beschleunigungsgitter und der Anode eine Elektronenraumladung aus, durch welche ein Teil der Elektronen zum Beschleunigungsgitter zurückgetrieben wird. Je grösser die Emission, beispielsweise durch Erhöhung der Spannung des ersten Gitters, gemacht wird, desto dichter wird die Raumladung vor der Anode und ein desto grösserer Anteil der Elektronen kehrt zum Beschleunigungsgitter zurück.
Im folgenden soll nunmehr der Verlauf des zum, von der Kathode aus gezählt, zweiten Gitter (Beschleunigungsgitter) übergehenden Stromes zum Gegenstand einer eingehenden Betrachtung gemacht werden. Macht man nun den Versuch, nach Einstellung des Anodenstromes auf den abfallenden Teil mittels geeigneter Wahl der Stromregulierungsspannung (der Kathode zunächst liegendes Gitter), die Spannung am zweiten Gitter zu erhöhen, so wird der Strom zu diesem Gitter zunächst ansteigen. Von dem Moment ab aber, wo bei weiterer Steigerung der Gitterspannung 2 die Elektronengschwindigkeit so gross wird, dass ein Durchbruch durch die zwischen Gitter 2 und Anode liegende Raumladung erfolgt, wird der Strom zum Gitter 2 wegen Zunahme des Anodenstromes wieder absinken, wenn dabei der Gesamtstrom nicht wesentlich steigt.
Dazu ist nun erforderlich, dass die Funktionen von Gitter 1 und Gitter 2 tatsächlich weitgehend getrennt sind. Eine Vergrösserung des Gesamtstromes bei Vermehrung von Es soll praktisch nicht auftreten, nur eine Geschwindigkeitsvermehrung der das Gitter 2 durchfliegenden Elektronen. Es muss daher eine Röhre gewählt werden, bei der der Durchgriff des zweiten Gitters (Beschleunigungsgitter) durch das erste (Stromregulierungsgitter) so klein wie möglich ist. Unter Umständen ist es zweckmässig, diesen kleinen Durchgriff durch ein dazwischen geschaltetes Schirmgitter zu erzielen.
Dann ist die Wirkungsweise einer so betriebenen Röhre sehr ähnlich einer Raumladungsgitterröhre, bei der unter Umständen die Erhöhung der Raumladungsgitterspannung ebenfalls zu einer Erniedrigung des Raumladegitterstromes zugunsten des Anodenstromes führt, aber nur dann, wenn der Gesamtstrom infolge Sättigungserscheinungen nicht mehr zunehmen kann. Eine solche Anordnung hat aber gewisse Nachteile.
Röhren mit Hochleistungskathoden haben keine ausgesprochenen Sättigungserscheinungen des Emissionsstromes. Das Stromregulierungsgitter 1 hat gegenüber der Emissionsregulierung durch die
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h'1mgen der Kathodeneigenschaften und wirkt schliesslich bei positiver Vorspannung raumladungvermindernd in der Nachbarschaft der Kathode und steigert daher die Stromdiehte so erheblich, dass der Effekt viel stärker ausgeprägt sein kann.
Es kommen also bei geeigneter Einstellung der Gitterspannung 1 und 2 sowie der Anodenspannung Charakteristiken des Gitterstromes 2 zustande, die als negative Charakteristiken anzusprechen sind (Fig. 1). Sie sind zur Sehwingungserzeugung notig, können aber auch bei geeigneter Auswahl der äusseren Schaltelemente zur Verstärkung mit Entdämpfung oder zur Gleichrichtung besonders im Umkehrpunkte (Maximum) ausgenutzt werden. Fig. 2 zeigt eine prinzipielle Schaltung zur Schwingungserzeugung.
Es kann weiter zweckmässig sein, zur Erhöhung der Raumlaclewirluilng zwischen dem Besehleum- gungsgitter und der Anode noch ein weiteres Gitter, vorzugsweise auf negativem Potential, anzuordnen, das ausserdem noch Steuerwirkung ausüben kann, z. B. zur Modulation der auf Grund der negativen Charakteristik erzeugten Schwingungen. Fig. 3 zeigt ein Schaltschema zur modulierten Schwingungerzeugung, bei dem sowohl zwischen Gitter 1 (Stromregulierungsgitter) und Gitter 2 (Beschleunigungsgitter) noch ein Schirmgitter angebracht ist als auch zwischen Gitter 2 und Anode ein Gitter mit den eben besprochenen Funktionen.
Diese Anordnung ist der eines Gitterdynatrons, das mit Sekundäremission von der Anode aus arbeitet, in mancher Hinsicht äusserlich sehr ähnlich. Dass die Wirkungsweise dieser Anordnung aber auf einem ganz andern Prinzip beruht, geht aus verschiedenen Umständen hervor. Ein Gitterdynatron kann z. B. nicht arbeiten, wenn die Gitterspannung hoher als die Anodenspannung ist oder wenn zwischen Gitter (Leistungsgitter) und Anode keine Spannungsdifferenz vorhanden ist, weil dann die von der Anode abgelösten Sekundärelektronen nicht zum Gitter hinübergehen können. Ebenso wird es nicht arbeiten können, wenn zwischen Leistungsgitter und der Anode ein weiteres Gitter angeordnet ist, dessen Spannung einen Übergang von Sekundärelektronen yon der Anode zum Gitter verhindert.
Gerade aber ein solches Gitter kann, wie gesagt, für den vorliegenden Zweck ausserordentlich wirkungsvoll sein, da die Stabilität der Raumladung auf diese Weise grösser ist als ohne Gitter.
Zusammengefasst lautet die Anweisung des Erfindungsgedankens :
Unter Zugrundelegung der oben mitgeteilte Vorschrift über die getrennte Einstellung von Stromdichte und Elektronengeschwindigkeit zum Erhalt kritischer Raumladezustände kann erreicht werden, dass trotz Steigen der Spannung des Beschleunigungsgitters ein Absinken des nach diesem Gitter fliessenden Stromes eintritt, wenn nur dafür gesorgt wird, dass die Änderung der Beschleunigungsgitter- spannung trotz genügender Emission der Kathode keine wesentliche Änderung der Summe der zur Anode und diesem Gitter fliessenden Ströme hervorruft. Das ist zu erreichen bei einen hinreichend kleinen Durchgriff der Gitterspannung 2 in bezug auf die Umgebung der Kathode.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung, die als elektrischer Widerstand mit fallender Charakteristik wirkt, unter Verwendung einer Elektronenröhre mit nicht gesättigter Kathode und mindestens zwei Gittern, bei der der Durchgriff des zweiten (der Anode benachbarten) Gitters durch das erste (der Kathode benachbarte) Gitter zweckmässig klein ist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gitter als Stromregelungsgitter und das zweite Gitter als Beschleunigtll1gsgitter geschaltet ist, derart, dass eine Spannungserhöhung am Beschleunigungsgitter eine Stromabnahme an ihm zur Folge hat, u. zw. selbst dann, wenn an diesem Gitter das höchste Potential der Röhre liegt.