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Verfahren zur Spannungsverstärkung.
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von den bekannten Ano dnungen der Elekironenoptik Geb.auch zu machen sein. Zur Verbesseiung der Sekundäremissionseigenschaften der isollerten Platte (oder Platten) kann diese eine geeignete Oberflächenbehandlung, z. B. durch Zäsiumbeschickung, erfahren.
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an der Platte P mehr Sekundärelektronen ausgelöst als Primärelektronen auffallen. Da mehr Sekundärelektronen abwandern als Primärelektronen auftreffen, wird das Potential P positiver.
Hiedurch ergibt sich eine höhere Primärelektronengesehwindigkeit und dementsprechend eine steigende Sekundärelektronenausbeute. Das Potential P steigt deshalb weiter bis zu einem
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Primärekektronengeschwindigkeit die Sekundärelektronenausbente grösser geworden ist. während gleichzeitig das Absaugfeld, das durch die Differenz der Spannung an sa und P (Fig. 3)
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wird dabei immer dichter, so dass der Potentialanstieg immer langsamer wird. Jenseits des Punktes b wird bei wachsender Elektronenmenge die Raumladung so dicht, dass weniger Sekundär- elektronen zur AbsaugeJektrode abwandern können als Primärelektronen der Platte zuströmen.
Durch
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elektronen zur isolierten Platte statt. Insgesamt ergibt das ein Absinken des Potentials. Hiedureh wird einmal die Primärelektronengeschwindigkeit verringert, so dass eine Verringerte Sekundärelektronenauslösung stattfindet und zum andern wird das Absaugfeld verstärkt. Beides verursacht eine Ver- minderung der Raumladung, so dass der Potentialabfall bei zunehmender Elektronenmenge stetig bleibt bis zum Potential P3 (Fig. 2). Hier ist das Potential so weit gesunken, dass die Primälelekttonen-
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ab. Offensichtlich ist das Plattenpotential zwischen den Punkten a und c (Fig. 2) stetig steuerbar.
Es ist auch zu erkennen. dass eine solche Potentialsteuerung durch Beeinflussung der Elektronen- menge, der Elektronengeschwindigkeit wie auch durch Beeinflussung des Absaugfeldes bzw. durch eine kombinierte Steuerung erreicht werden kann. wobei das gesteuerte Plattenpotential dann zur Steuerung von Elektronenströmen usw. verwendet werden kann.
Offensichtlich hängt der Verlauf der Kennlinie und damit die Verstärkungsmöglichkeit stark
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fähigkeit und von der konstruktiven Anordnung des Rohres stehen. Eine Ausführung mit allen bekannten Mitteln des normalen Elektronenröhrenbaues bietet, wie schon Fig. 3 zeigte, keine Schwierigkeiten und braucht nicht näher besprochen zu werden. Bei Anordnung des erfindungsgemäss steuernden Systems mit einem zu steuernden System in einem Glaskörper wird, wie Fig. 4 z. B. zeigt, mit Vorteil von einer gemeinsamen Heizung für beide Kathoden Gebrauch zu machen sein. Ausführungen des
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Anwendungszwecken liegen auf der Hand.
Es sei noch darauf hingewiesen, dass gegebenenfalls zwischen isolierter Platte und eigentlicher Absaugelektrode ein Gitter an geeigneter Spannung zur Beeinflussung der Raumladungserseheinungen verwendet werden kann. Die isolierte Platte kann auch ein Gitter sein, hinter dem die Absaugelektrode sieh z. B. befindet.
Eine grundsätzlche Vervollkommung des Verfahrens sei an Hand der Fig. 5 besprochen. Hier
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positiver Spannung ist. G2 und P seien, wie angedeutet, miteinander verbunden und isoliert. Bei dieser Anordnung ist folgender Zustand erreichbar : Ei treffen Elektronen, die durch sämtliche Gitter durchtreten, auf die Platte P und lösen hier eine Sekundäremission aus. P und G2 nehmen dadurch ein positives Potential an, wodurch an P eine verstärkte Sekundäremission eintritt, so dass insgesamt von P mehr Sekundärelektronen abwandern als Primärelektronen auftreffen. Die Differenz zwischen abwandernden und auftreffenden Elektronen wird vom Gitter G2 aus dem Elektronenstrom aufgenommen, so dass ständig ein Elektronenstrom durch die Verbindung von G2 nach P fliesst.
Der durch das Gitter G1 gesteuerte Elektronenstrom teilt sich also im Gitter G2. Ein Teil wird von G2 aufgenommen und fliesst durch die Verbindung nach P. Der Elektronenrest tritt durch G2 hindurch, wird durch G3 beschleunigt und fliegt zum Teil auf die Platte P, wo er Sekundärelektronen auslöst, deren Überschuss über die Primärelektronen gleich der vom Gitter G2 aufgenommenen Elektronenmenge ist. Als isolierte Platte arbeiten also hier G2 und P gemeinsam. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, dass ein viel grösserer Teil des vorhandenen E'ektronenstroms am Umladungsvorgang der isolierten Platte beteiligt ist als bei dem früher angegebenen Verfahren.
Man kann sogar erreichen, dass nahezu der ganze von K ausgehende Elektronenstrom am Aufladungsvorgang beteiligt wird, indem das Gitter G2 so ausgebildet wird, dass es nahezu den ganzen Strom aufnimmt und nur einen geringen Teil durchtreten lässt, der hinter G2 durch bekannte Sekundäremissionsvervielfacher so weit verstärkt wird, dass der auf P auftreffende Strom einen Sekundälemissionsüberschuss gleich dem von G2 aufgenommenen Strom auslöst. Gemäss Fig. 5 wandern die Sekundärelektronen von P zur Absaugelektrode G3, wobei auch hier wieder Raumladungserscheinungen eine Rolle spielen bzw. spielen können.
Man kann die Anordnung auch so wählen, dass die Sekundärelektronen ganz oder zum Teil zu dem Stromauffanggitter zurückwandern. Fig. 6 zeigt dies schematisch ohne Festlegung einer Konstruktion.
Die von P ausgelösten Sekundärelektronen mögen hier nach G3 wandern, wobei der Transport durch die hier offensichtlich starke Raumladung zwischen P und G3 erfolgt. Geeignete konstruktive Anordnungen hiezu sind leicht anzugeben. Es liegt hier offensichtlich ein Kreisprozess vor, der grundsätzlich neue Möglichkeiten für die Zwecke der Verstärkung und der Schwingungserzeugung und für die verschiedensten andern Anwendungen bietet. Dieser Kreisprozess mit seinen Möglichkeiten ist auch nicht an den obigen Grundsatz, nämlich die Aufladungserscheinungen einer "isolierten" Platte gebunden, er kann vielmehr auch bei mehr oder minder niederohmiger Zuleitung zu den oben angegebenen Zwecken verwendet werden.
Offenbar ist eine steuernde Beeinflussung der zwischen P und G3 (der schematischen Fig. 6) vorhandenen Raumladung möglich. Dies kann durch geeignete Zusatzelektroden erfolgen.
In Fig. 6 wurde ein teilweiser Kreisprozess besprochen, da die Primälelektronen die beiden am Kreisprozess beteiligten Elektroden berührten. Fig. 7 zeigt dagegen eine Anordnung, bei der die Primärelektronen nur die Platte P1 treffen, während die Sekundärelektronen zur Platte P2 wandern. P1 und P2 sind dabei über Aussenschaltungen, die für die oben angegebenen Zwecke geeignet sind, verbunden. Fig. 8 zeigt schematisch eine Möglichkeit, die Platten P1 und P2 durch Elektronen, die aus verschiedenen Quellen stammen, zu beschiessen und gegebenenfalls zwei gegenläufige Kreisprozesse zu erzielen. In Fig. 9 sind z. B. die am Kreisprozess beteiligten Elektroden durch einen Schwingungkreis verbunden.
Wie oben schon angegeben, kann die Raumladung zwischen den am Kreisprozess beteiligten Elektroden durch geeignete Zusatzelektroden beeinflusst bzw. gesteuert werden. Auch ist hier eine Rückkopplung möglich. Bei Anwendung des Kreisverfahrens zur Schwingungserzeugung bietet die Steuerung des Primärelektronenstromes eine einfache Modulationsmöglichkeit. Es sei dabei noch einmal betont, dass das Kreisverfahren nicht an die Isolation, der beteiligten Elektroden gebunden ist.
Wird mit dem erfindungsgemässen Verfahren ein zweites System, z. B. ein Elektronenrohr normaler Arbeitsweise, gesteuert, so kann bei Anwendung des Kreisverfahrens oder auch des an Hand der Fig. 5 besprochenen Verfahrens das als Umwegverfahren bezeichnet werden kann, ein im gesteuerten System gegebenenfalls auftretender Gitterstrom aus dem ersten System gedeckt werden. Fig. 10 zeigt z. B. die in Fig. 5 schon besprochen Anordnung als erstes System, wobei die Platte P das Gitter g des zweiten Systems steuert. In Fig. 5 deckte der Strom von G2 den. ganzen an P durch Sekundäremission erforderlich werdenden Strombedarf. Bei einer Anordnung nach Fig. 10 kann dieser Strombedarf ganz oder teilweise durch den Gitterstrom des zweiten Systems gedeckt werden. Es kann also eine Gitterstromsteuerung durch den Sekundäremissionsvorgang im ersten System stattfinden.
Ein Verfahren, das auch für Modulationszwecke an Sendern dienen kann. Es sei noch bemerkt, dass die verschiedenen Systeme bzw. die verschiedenen Elektroden ihre Funktionen vertauschen können, indem sowohl eine Steuerung vom zweiten System auf das erste stattfinden kann, wie auch die Gitter durch Sekundäremission eine Elektronenforderung stellen können, während dann in Fig. 10 die Platte P die erforderlichen Elektronen aufnimmt.
Die Steuerung des Potentials der am Sekundäremissionsvorgang beteiligten Elektroden bzw. der hiemit verbundenen Aufnahmeelektroden hängt wesentlich von der beteiligten Elektronenmenge und der Grösse der umzuladenden Kapazitäten ab. Da die Kapazitäten einen Frequenzgang bedingen,
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Es kann auch eine Hintereinanderschaltung mehrerer erfindungsgemässer Systeme stattfinden.
Zur Verringerung der schädlichen Kapazitäten kann allgemein oder im einzelnen mit virtueller Kathode gearbeitet werden. Für Zwecke einer Stromerhöhung können mehrere paia ! Ie ! e Systeme, z. B.
Elektronenrohre oder Sekundäremissionsvervielfacher, erfindungsgemäss gesteuert werden.
Da die Steuerung isolierter Platten Unstetigkeitsstellen in der Kennlinie hat. ist es vorteilhaft, diesen Elektroden über hohe Widerstände ein Ruhepotential zu erteilen. Diese Widerstände können dabei Glimmröhrenwiderstände sein, die nur ansprechen, wenn die Kennlinie abreisst. Die Widerstände können aber auch selbst gesteuerte E ektronenröhren sein. Eine Anordnung, die z. B. bei Modulationsund Kippschaltungsanwendungen zu verwenden ist. Bei Ausführung der Widerstände als konstante oder Gflmmstreckenwiderstände sind diese vorteilhaft im Glaskörper mit unterzubringen. Die Anwendung der Erfindung liegt auf allen Gebieten der Verstärkung, der Verstärkungsregelung, der Linearisierung, der Gleichrichtung und auf den verschiedenen Gebieten der Schwingungserzeugung.
Für Tonfilm-und Fernsehzwecke kann die Kathode, wie schon oben gesagt, als Photokathode ausgebildet sein. wie auch eine Sekundäremissions-oder kalte Kathode verwendet werden kann.
Die Erfindung ist auch mit Nutzen in Verbindung mit Braunschen Röhren und E'ektronenstrahlFernsehgebern bzw. E'ekronenbildzerlegern zu verwenden. Ebenso sind die Grundsätze der E-findung
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Da die Steuersteilheit des erfindungsgemässen Systems wesentlich von der Spannung der Absaugelektrode abhängt, können die verschiedenen besprochenen Effekte gegebenenfalls dadurch vergrössert
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im Rhythmus des gesteuerten Stromes mitsehwankt. Es können auch selektive Verstärker durch Anbringen eines Schwingkreises in der Absaugelektrode geschaffen werden. Beziehungsweise es kann eine Schwingungserzeugung über eine oder mehrere Ab3augelektroden stattfinden.
Ebenso ist eine Modulation durch Widerstand oder Spannungsbeeinflussung im Absaugelektrodenk : eis möglich. Es sei noch bemerkt, dass eine Potentialsteuerung auch dadurch stattfinden kann, dass die E ! ektroden, an denen die Sekundäremission stattfindet, an verschiedenen Stellen unterschiedliche Sekundär- emissionseigensehaften besitzen, und dass die steuernde Spannung die Elektronenauftreffstelle beeinflusst, wodurch infolge der jetzt auch örtlich veränderlichen Sekundäremission eine Potentialänderung stattfindet.
Zur Verminderung oder Beseitigung des von den beteiligten Kapazitäten herrührenden Flequenzganges kann eine feste Rückkopplung gegebenenfalls im Glaskörper dnieh geeignete Ausbildung der Elektroden vorgesehen sein.
Die bei grossen Steilheiten schwierige Festlegung des Arbeitspunktes erMgt zweckmässig durch Abnahme der ersten Gittervorspannung von einem Widerstand, der z. B. vom Strom der Absaugelektrode durchflossen wird (Kathodenwiderstand). Ebenso ist es zweckmässig, die Kathodenvorspannung eines gesteuerten zweiten Systems aus einem vom Strom des ersten Systems durchflossenen Potentiometer zu entnehmen.
Eine andere Möglichkeit zeigt Fig. 11. Die von der Kathode K ausgehenden Primälelektronen mögen an der Elektrode & E wieder eine Sekundäremission erzeugen, die ganz oder teilweise durch das Gitter 6*3 zur Anode A geht. Je nach der Spannung zwischen SE und G, vermag sieh in diesem Raum eine mehr oder minder starke Raumladung zu bilden. Der Strom zur Anode A ist also offensichtlich durch die Spannungs-bzw. Potentialdifferenz zwischen SE und 6*3 zu steuern. Wenn vor der sekundäremittierenden Elektrode SE noch eine positiv vorgespannte Elektrode (z. B.
G2 in Fig. 11) angebracht ist, kann neben oder anstatt der Steuerung der Raumladungsdiehte durch Beeinflussung der Potentialdifferenz zwischen SE und 63 auch eine Stromübernahme zu dieser Vorelektrode erfolgen.
Die den Strom zur Anode A steuernde Potentialdifferenz zwischen SE und Cr, kann selbst auf die verschiedenste Weise beeinflusst werden. Die Steuerung dieser Potentialdifferenz kann einmal dadurch erfolgen, dass das Potential von SE konstant gehalten und die Spannung an G, verändert wird. Umgekehrt kann aber auch die Spannung von 6*3 konstant gehalten und das Potential von SE verändert werden, wie auch eine gleichzeitige Steuerung beider Elektroden möglich ist. Eine besondere Steuermöglichkeit liegt darin, das Potential der sekundäremittierenden Elektiode nach den obigen Verfahren zu beeinflussen. Die Fig. 12 und 13 zeigen grundsätzliche Anwendungen.
Der von der Kathode K in Fig. 12 ausgehende Primärelektronenstrom werde durch G1 gesteuert und zu einem Teil von G2 aufgenommen und SE zugeführt, während der andere Teil, durch 6*3 beschleunigt, an SE eine Sekundäremission erzeugt. Die hiebei auftretende Potentialsteuerung von SE bedingt wieder die entsprechende Steuerung des Stromes zur Anode A. In Fig. 13 ist ein Beispiel dafür gegeben, dass der das Potential von SE ganz oder teilweise steuernde direkt zugeführte Elektronenstrom einem getrennt
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gilt dabei alles, was schon oben angegeben wurde.
Da die potentialgesteuerte Elektrode nach der E findung zur Kathode des nachfolgend gesteuerten Systeme wird, ist eine Hintereinanderschaltung solcher Systeme im gleichen Rohr möglich. Fig. 14 zeigt z. B. zwei hintereinandergesehaltete Systeme der grundsätzlichen Anordnung nach Fig. 12.
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Die Steuerung der verschiedenen Gitter in solcher Anordnung kann gemeinsam oder auch getrennt erfolgen. Bei getrennter Steuerung kann z. B. eine Modulation oder Überlagerung erfolgen bzw. es
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Allgemein gilt für die Potentialsteuerung, dass eine Steigerung der Sekundäremission durch Erwärmung der Elektrode mit gesteuertem Potential möglich ist, wie auch eine zusätzliche thermische Emission stattfinden kann. Sowohl eine Steigerung der Sekundäremission durch Erwärmung der potentialgesteuerten Elektrode als auch eine zusätzliche thermische Emission dieser Elektrode ergeben eine verstärkte Raumladung und damit eine Verbesserung der oben besprochenen Steuereigenschaften.
Da für potentialgesteuerte Systeme eine besondere Schalttechnik gilt, geben die nachstehenden Ausführungen noch einen Überblick über Anwendungen und Schaltungen von mit solchen Systemen ausgerüsteten Röhren.
Die Fig. 15-17 zeigen einige Grundsehaltungen für diese Röhren, aus denen Schaltungen für die verschiedensten Anwendungen abzuleiten sind. In Flg. 15 besteht das potentialgesteuerte System aus Kathode K1, Steuergitter StG1, Absauggitter AG, Vorgitter g und sekundäremittierender Anode a und das nachgesehaltete, zu steuernde System, aus Kathode , Steuergitter < S', Schirmgitter SG
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verbunden. D. h. die betrieblich auftretende mittlere Spannung zwischen AG und a ist gleichzeitig die negative Gittervorspannung für das zweite rechte System in Fig. 15. Durch entsprechende Einstellung des Schirmgitter-und Anodenduichgriffs in diesem System ist dafür zu sorgen, dass dieses System dann im steilen Teil seiner Kennlinie arbeitet.
In Fig. 15 sind des weiteren die Eingangs-und Ausgangswiderstände Re und Ra gezeichnet, die aus irgendwelchen, an sich bekannten, Wirk-bzw.
Scheinwiderständen bestehen können. Ohne die Angemeinheit zu beschränken, ist in Fig. 15 als Beispiel für eine Gitter-Kathodenspannungserzeugung der überbloekte Kathodenwiderstand r vorgesehen. Bevor auf Anwendungsmöglichkeiten dieser Schaltung eingegangen wird, sollen zunächst noch die weiteren Grundschaltungen der Fig. 16 und 17 besprochen werden.
Fig. 16 ähnelt im Schaltungsaufbau der Fig. 15 ; nur besteht hier keine direkte Verbindung zwischen Absauggitter AG und Kathode . Diese Kathode erhält vielmehr ihre eigene Vorspannung, zu deren Herstellung in Fig. 16 z. B. der überblockte Kathodenwiderstand ? s dient.
In Fig. 17 ist zwischen dem potentiafgesteuerten System und dem nachgeschalteten zweiten System ein Kopptungskondensator C vorgesehen, wobei das Steuergitter < S' seine Vorspannung über den Wirk- oder Scheinwiderstand Rg erhält, der jetzt parallel zum Widerstand der Sekundäremissionsstrecke des potentialgesteuerten Systems liegt. In diesem Fall ist für beide Systeme eine durchgehende Kathode verwendbar.
Es sei bemerkt, dass in allen Grundschaltungen im Absauggitter oder im Schirmgitter beliebige
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angegeben wurden, anzuwenden sind. Fig. 18 zeigt z. B. ein potentialgesteuertes System K, Gz, AG, g, a, das mit einem steuerbaren System K, StG1, SG,. A zusammenwirkt. Ebenso können an Stelle der angegebenen zu steuernden Schirmgittersysteme alle bekannten Röhrenanordnungen treten.
Die Verwendung in Gegentaktschaltungen wie auch die Möglichkeit der Hintereinanderschaltung mehrerer potentiaJgesteuerter Systeme, gegebenenfalls mit Unterbrechung durch Normalsysteme, liegt auf der Hand. Ein derartiger Zusammenbau erfolgt zweckmässig auch in einem Rohr.
Die vorbesprochenen Anordnungen können insgesamt als Verstärker, Schwingungserzeuger, Gleichrichter (Anodengleichrichter, Audion) angewendet werden. Es kann aber in den Anordnungen auch ein System als Verstärker und das zugehörige zweite als Gleichrichter dienen. Bzw. es kann in einem System eine Mischung (Überlagerung, Modulation) mehrerer Schwingungen, die zum Teil oder alle in der gleichen Anordnung erzeugt werden erfolgen.
Es sei auch auf die Möglichkeit einer gegebenenfalls automatischen Verstärkungsregelung im potentialgesteuerten System durch Beeinflussung des Arbeitspunktes auf der Potentialkennlinie hingewiesen.
Fig. 19 zeigt als Anwendungsbeispiel noch eine Photozelle mit potentialgesteuerter Anode, bestehend aus Photokathode PhK, Absauggitter AG, Vorgitter g, Anode a, in Verbindung, gegebenen-
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Als weitere Anwendung sei auf die Ausgestaltung der Endelektrode eines Sekundäremissionsvervielfachers als potentialgesteuerte Elektrode hingewiesen.
Allgemein sind grundsätzlich dort Anwendungsmöglichkeiten vorhanden, wo freie Elektronen eine Elektrode treffen.
Bei manchen Anwendungen ist eine Anpassung des potentialgesteuerten Systems an das zu übertragende Frequenzgemisch erforderlich. Bei einer oberen Grenzfrequenz # (Kreisfrequenz) und einer umzuladenden Kapazität C, errechnet sich der Widerstand R der Sekundäremissionsstrecke des potentialgesteuerten Systems aus der bekannten Beziehung :
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