Elektronenentladungseinrichtung. Die Erfindung betrifft eine Elektronen entladungseinrichtung mit einer Kathode, einem Steuergitter, einer Anode und einer zwischen dem Steuergitter und der Anode angeordneten Abschirmelektrode.
Es ist bekannt, dass, wenn Röhren dieser Art mit starken Anodenspannungsausschlä- gen und mit einer festen positiven Spannung der Schirmelektrode betrieben werden, eine sekundäre Emission von der Anode zum Schirmgitter auftreten kann, wenn die Ano denspannung beim Schwingen um mehr als einen bestimmten, kleinen Wert unter die feste Spannung der Schirmelektrode absinkt. Für viele Zwecke ist das Fliessen eines sol chen Sekundärstromes von der Anode zum Schirm unerwünscht und es sind bereits Vor schläge gemacht worden, um dies zu verhin dern.
Bei einer bekannten Entladungseinrich tung ist ein drittes Gitter, das gewöhnlich mit der Kathode verbunden ist, zwischen der Schirmelektrode und der Anode ange ordnet.
Die Erfindung bezweckt, eine Elektro- nenentladungseinrichtung zu schaffen, wel che unter Vermeidung eines im Elektroden strom angeordneten dritten Gitters ohne Se kundäremission von der Anode zur Schirm elektrode über den Arbeitsbereich betrieben werden kann.
Gemäss der Erfindung besitzt die Ent ladungseinrichtung der angegebenen Art eine Hilfselektrode, die mindestens im we sentlichen frei vom Wege des Elektronen stromes liegt und die unter einem niedrigen Potential, zum Beispiel dem Kathodenpoten tial, stehend, geeignet ist, das elektrostati sche Feld zwischen Anode und Abschirm- elektrode derart zu beeinflussen, dass bei einem Anodenpotential, das niedriger als das Abschirmelektrodenpotential ist, der Span nungsgradient im wesentlichen über die ganze Anodenfläche in der Nähe der Anode und senkrecht zu ihr derart abnimmt,
dass beim Fliessen des Elektronenstromes bei Un ter Kathodenpotential stehendem Steuergit ter und unter normalem Arbeitspotential ste hender Abschirmelektrode die Anodenspan- nungs-Anodenstrom-Charakteristik in prak tischen Arbeitsbereichen keine Einbiegung aufweist.
Auch die Raumladung an sich ändert das elektrostatische Feld im Raum zwischen Anode und Abschirmelektrode. Diese Änderung zusammen mit der durch die Hilfselektrode hervorgerufenen hat sich als genügend herausgestellt, um unter Ar- beitsbedingungen das Fliessen von Sekundär elektronen von der Anode zur Abschirmelek- trode zu verhindern.
Dies soll anhand der Fig. 2 bis 4 der Zeichnung erläutert werden, in @ welchen die Abstände X von einer Anode D als Abszis sen und die Spannungen als Ordinaten ein getragen sind. Die Lage der Schirmelek trode ist durch die Linie C bezeichnet und die Längen der dicken Linien D und C stel len die Potentiale dieser Elektroden dar. Die Kurven stellen daher die Verteilung des Po tentials längs des Raumes zwischen Anode und Schirmelektrode einer Entladungsröhre dar.
Die punktierte Kurve g" zeigt die Ver teilung des Potentials längs Linien zwischen der Anode und dem Schirm, die annähernd normal zu diesen Elektroden liegen, wobei der Elektronenstrom zu null und die Hilfs elektroden, welche ausserhalb des Elektro nenstromes zwischen Anode und Schirm an geordnet sind, aber trotzdem die Potential- verteilung in dem Raum Anode-Sehirin be einflussen, als fehlend angenommen sind. Wenn Anode und Schirm unbegrenzte, pa rallele Ebenen darstellen, so ist die Kurve g" eine gerade Linie.
Andernfalls ist sie, wie dargestellt, etwas gekrümmt. Infolge der Wirkung einer Hilfselektrode obengenann ter Art wird die durch die Kurve g darge stellte Verteilung des Potentials zwischen Anode und Schirm erreicht, die derart ist, dass
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von der Anode zum Schirm hin zunehmend positiv wird. Mit andern Worten: die Änderung des Potentialgradienten
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wird gegen den Schirm hin stärker positiv.
Es ist auch er sichtlich, dass der Potentialgradient in der Nähe der Anode sehr klein ist. Infolgede3- sen ist nur ein sehr geringer weiterer Po tentialabfall im Raum-Anode-Schirm erfor derlich, um ein Potentialminimum in dem Raume, wie bei j in Fig. 3 dargestellt, zu erzeugen. In dieser ist die Kurve g nach Fig. 2 punktiert dargestellt, und die Kurve h zeigt die Wirkung eines weiteren Poten tialabfalles in diesem Raume. Ein derarti ger weiterer Abfall kann natürlich durch Raumladung infolge der von der Kathode ausgehenden primären Elektronen und der von der Anode ausgehenden Sekundärelek tronen auftreten.
Es hat sich indessen her ausgestellt, dass, wenn beim Fehlen einer Elektronenemission der Wert
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nicht ziemlich stark positiv ist, die Raumladung das Potentialminimum bei normalen Arbeits strömen nicht bilden kann; dies gilt wenig stens für die bisher untersuchten Fälle. In Fig. 2, ist punktiert die Verteilung des Potentials g1 dargestellt,-wenn der durch Cl bezeichnete Schirm der Anode näher steht. Es ist ersichtlich, dass .der Potential gradient in der Nähe der Anode bedeutend grösser als in dem vorher betrachteten Fall ist.
Infolgedessen i'st ein stärkerer zusätz licher Potentialabfall erforderlich, um das gewünschte Potentialminimum zu erzeugen. Die Kurve zeigt, wie wichtig es ist, die # Anode in einem genügenden Abstande vom Schirm anzuordnen, wobei die Spannungen und die Ströme, mit denen die Elektroden arbeiten sollen, zu berücksichtigen sind. Fig. 4 zeigt die Potentialverteilung. wenn Anode und Schirm gleiches Potential haben.
Hier ist ebenfalls
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positiv, und deshalb wird ein Potentialminimum selbst beim Fehlen eines Elektronenflusses er zeugt. Dieses bei einer Anodenspannung, die gleich der Schirmgitterspannung ist, elek trostatisch erzeugte Minimum verhindert bei genügender Tiefe das Fliessen von Se kundärelektronen zwischen Anode und Schirm in beiden Richtungen, und zwar un ter Bedingungen, bei denen der durch Raum ladung allein hervorgerufene Abfall infolge der hohen Elektronengeschwindigkeitennicht ausreicht.
Wenn die Anodenspannung be deutend niedriger als die Schirmspannung ist, verursacht eine Zunahme der Raumla- dungswirkung durch Verringerung der Elek tronengeschwindigkeiten eine derartige Er höhung des Potentialabfalles, dass, obgleich nunmehr kein elektrostatisches Potential minimum vorhanden ist, genügend Gesamt abfall unter . das Anodenpotential herrscht, um das Fliessen von Sekundärelektronen von der Anode zum Schirm zu verhindern.
Nach einer zur Richtung des Elektronen stromes senkrecht stehenden Linie (das heisst parallel zu den Anodenflächen) wird die Potentialverteilung im Raume zwischen Anode und Schirm natürlich derart sein, da.ss ein Maximum etwa in der Mitte der Linie und niedrige Werte an den beiden Enden vorhanden sind. Die Potentialverteilung in dem Raume ist infolgedessen sattelartig.
Die Änderung der Potentialverteilung im Raum "Anode-Schirm", die durch die Hilfs elektrode hervorgerufen wird, übt auf den im Raum Schirm-Anode fliessenden Elektro nenstrom eine sammelnde oder konzentrie rende Wirkung aus. Das Ergebnis dieser Elektronenkonzentration besteht darin, dass die erzeugte Raumladung beträchtlich er höht und die Bildung eines Potentialmini mums durch Raumladung unterstützt wird. Werden zum Beispiel Sekundärelektronen von der Anode mit einer Geschwindigkeit von etwa 20 Volt ausgesendet, so können sie eine gewisse Strecke nach dem Schirmgitter hin gelangen, bis sie eine Stelle erreichen, in der sie bei genügend dichter Raumladung durch Potentiale zur Ruhe gebracht werden, die sich aus der Raumladung und dem elek trostatischen Feld ergeben.
Sie kehren dann zur Anode zurück und erzeugen weitere Se kundärelektronen. Der Vorgang kann der art wiederholt werden, dass in der Nähe der Anodenfläche eine sehr dichte Raumladung von Elektronen verhältnismässig geringer Geschwindigkeit zu erwarten ist. Infolge dessen wird jede durch Änderung des elek trostatischen Feldes hervorgerufene alge braische Abnahme des Wertes von in der Nähe der Anode verstärkt durch
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.die von den. Primärelektronen erzeugte Raumladung, sowie auch durch die Raumladung, die sich aus den Sekundärelektronen ergibt.
Die elektrostatische und die Raumladungsände- rung ergeben zusammen ein kombiniertes Potentialminimum. Dieses kombinierte Po tentialminimum soll das Fliessen eines Se kundärelektronenstromes von der Anode zum Schirmgitter verhindern.
In den meisten Fällen wird eine Entla dungsröhre gemäss der Erfindung benötigt. um eine Anodenspannungs - Anodenstrom. Charakteristik zu erhalten., wie sie in Fig. 5 dargestellt ist. In dieser ist die Anoden spannung EA als Abszisse und der Anoden strom IA als Ordinate für verschiedene Werte der Steuergitterspannung Eg eingetragen. Es ist gewöhnlich erwünscht, dass das Knie m möglichst scharf gebeugt ist und bei einer möglichst niedrigen Spannung auftritt.
Fer ner soll die Charakteristik keine Einbiegung oder wenigstens keine scharf ausgeprägte Einknickung aufweisen. Eine Einbuchtung wie bei n in der Kurve Eg <I>= - 4</I> und in kleinerem Masse in der Kurve Eg - - 3; ist unwesentlich, weil dies eine ausserhalb des praktischen Arbeitsbereiches liegende Stelle ist. Es hat sich indessen herausgestellt, dass man Einrichtungen nach der Erfindung bauen kann, bei denen in jeder Charakteri stik keine merkbare Einknickung auftritt.
Eine praktische Belastungslinie für Wider- standsbelastung ist bei o dargestellt. Bei induktiver Belastung kann die Belastungs linie die gestrichelt angedeutete Form o, auf weisen. In keinem Fall liegen die merklich gebogenen Teile innerhalb des Arbeitsbe- reiches der Anodenspannung und des Ano denstromes.
Im folgenden sei angenommen, dass eine Charakteristik, wie in Fig. 5 dargestellt, er wünscht ist. Jedoch können für gewisse Zwecke abweichende Formen der Charakteri stik wünschbar sein, bei welchen das Feh len einer Sekundäremission über den Ar beitsbereich noch aufrecht erhalten wird. Verschiedene Wege, um die in Fig. 5 dar gestellte Charakteristik zu modifizieren, wer den später angegeben.
Obwohl bei einzelnen Ausführungsfor men der Entladungseinrichtung nach der Erfindung die durch die 13:ilfselektrode her vorgerufene Verzerrung des elektrostatischen Feldes nicht derart zu sein braucht. dass sie praktisch beim Fehlen des Elektronenstro mes ein Potentialminimum im Raum zwi schen Anode und Schirm hervorruft, und zwar über den ganzen Bereich der Arbeits spannungen und der entsprechenden Anoden ströme, so ist dennoch die kombinierte Wir kung der Einrichtung zum Ändern des elek- trostatischen Feldes und der Raumladung derart, dass ein kombiniertes Potentialmini mum über den ganzen Arbeitsbereich der Anodenspannungen und der entsprechenden Anodenströme hervorgerufen wird.
In der Zeichnung ist die Einrichtung ge mäss der Erfindung durch mehrere Ausfüh rungsbeispiele veranschaulicht. Es zeigen: Fig. 1, 6 bis 9 und 12 schematische Drauf sichten verschiedener Ausführungsformen der Entladungseinrichtung, Fig. 10 und 11 eine schematische Ansicht bezw. Draufsicht einer weiteren Ausfüh rungsform, Fig. 13, 14, 15 und 16 Seitenansicht, Vorderansicht, Schnitt bezw. Draufsicht einer besonders zweckmässigen Ausführungs form, Fig. 17 schaubildlich eine Anode der Einrichtung nach den Fig. 13 bis 16,
Fig. 18 und 19 schaubildlich zwei Aus führungsformen der Anodenhalterung, und Fig. 20, 2.1, 22 und 23 Seitenansicht, Ho- rizontalschnitt, Längsschnitt bezw. Unteran- sieht einer andern, zweckmässigen Ausfüh rungsform.
In Fig. 1 ist schematisch die Elektroden anordnung einer Ausführungsform der Ein richtung dargestellt. Die Kathode a hat im Querschnitt die Form eines Rechteckes, des sen längere Seiten in zur Papierebene senk rechter Richtung sich erstrecken. Zwei Steuergitter b, und b_, welche auf entgegen gesetzten Seiten der Kathode a liegen, sind von ihr mittels Isolierstreifen k getrennt, wobei ein Streifen nahe am einen Ende und der andere nahe am gegenüberliegenden Ende der Kathode liegt.
Die Streifen 1c liegen daher im wesentlichen ausserhalb des Elektronenstromes. Zwei Schirmgitter c, und c_ liegen ausserhalb der Steuergitter und sind von ihnen durch weitere Isolierstreifen k, getrennt. Diese Teile, welche in geeigneter Weise miteinander verklammert sein können, sind innerhalb eines Gehäuses e, das eine Hilfselektrode bildet, befestigt. Die Hilfs elektrode hat Teile 1, die sich nach dem La dungsraum hin, aber nicht weit in ihn hin ein, erstrecken. Anoden d, und d. sind, wie aus der Zeichnung ersichtlich, angeordnet.
Es wird zunächst angenommen, dass die Ano den<I>d,</I> und dz miteinander elektrisch ver bunden sind, und dass die beiden Gitter b, und b@ einerseits und c, und c2 anderseits ebenfalls miteinander verbunden sind.
Wenn entweder die Anode d" d2 eine zu kleine Fläche aufweist, sich die Hilfselek troden e zu dicht am Elektronenstrom befin den, oder die Vorsprünge 1 zu weit in den Elektronenstrom hineinragen, hat die Cha rakteristik ein Knie na von grossem Krüm- mungsradius, und der Wert der Anodenspan nung, oberhalb deren der Strom annähernd konstant ist, ist nicht scharf begrenzt und ziemlich hoch. Ein Ventil dieser Art kann für verschiedene Zwecke von Nutzen sein. Wird die Anodenfläche vergrössert, oder wer den die Hilfselektroden vom Elektronen strom entfernt, so kann man die in Fig. 5 dargestellte Charakteristik erhalten.
Eine weitere Vergrösserung der Fläche der Anode oder des Abstandes der Hilfselektroden vom Elektronenstrom ergibt eine Charakteristik, bei der das Knie ryn sehr scharf gebeugt ist und der Anodenstrom hinter dem Knie ab fällt und dann wieder ansteigt, so dass die Kurve eine Einbiegung zeigt. Diese Gestalt der Charakteristik zeigt, dass eine Sekundär emission das Abschiimgitter erreicht. Wenn eine solche Einbiegung innerhalb des Ar beitsbereiches vorhanden ist, zum Beispiel in der mit der Steuergitterspannung null (gleich dem Kathodenpotential) gezeichne ten Charakteristik, so besitzt die Einrich tung nicht die erfindungsgemässen Merkmale.
Es wird im folgenden beschrieben, wie eine erfindungsgemässe Einrichtung voraus sichtlich arbeiten wird.
Dabei wird angenommen, dass das Ab schirmgitter auf einem bestimmten positiven Potential zur Kathode gehalten wird. Es wird ferner angenommen, dass die Hilfselek trode das Kathodenpotential hat, und die Anodenspannung wird zunächst als gleich mit dem Kathodenpotential betrachtet. Un ter diesen Umständen werden die nach der Anode hin geschleuderten Elektronen zur Ruhe kommen, ehe sie die Anode erreichen, und zwar wegen des elektrostatischen Feldes und der Raumladung. Wenn die Anoden spannung nunmehr auf einen Wert, der zum Beispiel der halben Kniespannung gleich ist, erhöht wird, so wird die Raumladung noch ausreichend sein, um in dem Raum zwischen Anode und Schirmgitter ein Potential vom Werte null zu erzeugen.
In diesem Bereich des Potentials null werden alle Elektronen zur Ruhe gebracht, und der Bereich kann als eine virtuelle Kathode angesehen werden. Die Anzahl der von der virtuellen Kathode nach der Anode oder nach dem Schirm flie ssenden Elektronen wird durch das Anoden potential bestimmt, und die nach der Anode fliessende Elektronenmenge nimmt zu, wenn das Anodenpotential zunimmt.
Oberhalb der Kniespannung besteht noch auf dem Elektronenwege ein Potentialmini mum. Dieses Minimum ist aber nicht mehr null, und alle vom Abschirmgitter nach der Anöde geschleuderten Elektronen können nur geradlinig weitergehen und schliesslich die Anode treffen, selbst wenn sie durch das Potentialminimum verzögert werden.. Das Knie ist scharf gebeugt, weil bei Erhöhung der Anodenspannung die virtuelle Kathode eine Minimumzone, aber keine Nullpoten- tialzone wird, und zwar tritt dies im wesent lichen gleichzeitig über die ganze Fläche der virtuellen Kathode auf.
Wenn die Grösse der Anode verringert wird, oder wenn die Hilfselektroden näher an den Elektronen strom herangebracht werden, wird die vir tuelle Kathode an den Rändern des Strahls auf einer grösseren Anodenspannung als in der Mitte gehalten. Dadurch entsteht ein Knie von grösserem Krümmungsradius.
Wenn die Anode unzulässig gross ge macht wird, so kann die Sekundärraumla- dung, die aus sich in verschiedenen Richtun gen langsam bewegenden Elektronen besteht,, sich nach denjenigen Teilen der Anode hin verbreiten, die von Primärelektronen oder wenigstens von einer beträchtlichen: Anzahl von Primärelektronen nicht getroffen wer den.
Die Raumladung wird in diesem Fall in bezug auf Intensität geschwächt und kann so klein werden, dass sie das Fliessen von Se kundärelektronen nach dem Abschirmgitter hin nicht mehr verhindern kann. Selbst wenn die Anode nicht unzulässig gross ist, ist es gewöhnlich nötig, Massnahmen zu treffen, um zu verhindern, dass die Sekundärelektro nen sich nach der Rückseite der Anode hin zerstreuen. Das Ergebnis ist dann das gleiche wie in dem Fall, wenn die Anode unzulässig gross ist. Zu diesem Zweck werden die be reits beschriebenen Hilfselektroden zweck mässig so angeordnet, dass sie sich bis nahe an die Ränder der Anode erstrecken.
Bei Anoden kleiner Grösse kann es sich als un nötig herausstellen, die Hilfselektroden sich so nahe an die Anode heran erstrecken zu lassen.
Wenn die Anode beträchtlich länger als breit ist, so ist es gewöhnlich erwünscht, die Hilfselektroden, wie bereits gesagt, nahe an den beiden gegenüberliegenden Randpaaren anzuordnen. Bei langen und schmalen Ano- den oder wenn eine weniger vollständige Abschirmung gegen Sekundäremission zuläs sig ist, kann es genügen, die Hilfselektroden nur dicht an den längeren Kanten der Anode anzuordnen.
Wenn es erforderlich ist, die Kniespan nung zu verringern, so ist es nötig, die Pri- märraumladung derart zu verringern, dass die dadurch gebildete virtuelle Kathode bei einer niedrigeren Anodenspannung ver schwindet. Dies kann durch Erhöhen der Schirmgitterspannung oder durch Verringern des Abstandes zwischen Anode und. Ab schirmgitter erfolgen.
Die Grenze, bis zu der diese beiden Änderungen vorgenommen werden können, hängt im ersten Fall davon ab, wieweit die Primärraumladung unter stützt durch die Sekundärraumladung und das elektrostatische Feld ein Potentialmini mum aufrecht erhalten kann, das genügt, um ein Fliessen der Sekundärelel>tronen nach dem Abschirmgitter hin zu verhindern. Im zwei ten Fall hängt die Grenze davon ab: wie feinmaschig das Schirmgitter ist.
Es hat sieh herausgestellt, dass, wenn der Abstand zwischen der Anode und dem Ab- sehirmgitter im Vergleich zur Höhe des Ab schirmgitters zu klein ist, zum Beispiel etwa das Vierfache der Höhe oder weniger be trägt, die Elektronenverteilung auf der Ano denfläche ausgesprochen ungleichmässig ist.
Die Wirkung hiervon besteht darin, dass Se kundärelektronen zum Abschirmgitter über die Teile des Raumes zurückkehren können, die vor den Abschirmgitterdrähten liegen, weil in fliesen Teilen eine sehr geringe Pri- märraumladung und infolgedessen nur eine sehr geringe Abschirmung infolge Raumla dung besteht.
Diese Wirkung der Ungleichmässigkeit des Elektronenstromes kann verringert oder beseitigt werden, indem die Anode in meh rere Teile unterteilt wird und zweckmässig Hilfselektrodenplatten, die mit den vorher beschriebenen, zwischen zwei oder mehreren Teilen der Anode liegenden Hilfselektroden verbunden sind, eingesetzt werden. Es ist bisher angenommen worden, dass die Hilfselektroden, durch die das elektro statische Potentialminimum erzeugt wird, unter einem konstanten Potential stehen, das gleich dem Kathodenpotential ist. Dies ist nicht notwendigerweise der Fall.
In erster Linie kann es sich als wünschenswert oder als zweckmässig herausstellen, die Hilfselek troden unter einem konstanten Potential zu halten, das vom Kathodenpotential abweicht. Eine Hilfselektrode mit dem Kathodenpoten tial kann häufig mit dem gleichen Ergebnis durch eine Hilfselektrode ersetzt werden, die näher am Elektronenstrom liegt und ein Po tential hat, das höher als das Kathodenpo tential ist, oder durch eine Hilfselektrode, die weiter entfernt vom Elektronenstrom liegt und ein niedrigeres Potential als das Kathodenpotential hat.
Ferner isst es nicht nötig, dass das Hilfselektrodenpotential kon stant gehalten werden muss. In vielen Fäl len kann das Hilfselektrodenpotential gegen über dem Potential der Anode oder dem des Steuergitters variieren. Dies kann mittels einer geeigneten Kopplung zwischen der Anode oder dem Schirmgitter einerseits und der Hilfselektrode anderseits erreicht wer den.
Ausser der Anordnung von Mitteln, durch die in Verbindung mit der Raumladung ein Potentialminimum in einem Teile des Rau mes zwischen Abschirmgitter und Anode er zeugt werden kann, ist es ferner gewöhnlich erwünscht, dass 1.
eine Zone zwischen Abschirmgitter und Anode, welche eine virtuelle Kathode bei niedrigem Anodenpotential bildet, bei hö herem Anodenpotential eine Zone eines Po tentialminimums wird, deren Potential von null verschieden ist, wobei dieser Übergang bei Zunahme des Anodenpotentials im we sentlichen gleichzeitig an allen Punkten die ser Zone erfolgen soll, und 2. der Abstand zwischen Anode und Ab schirmgitter nicht kleiner sein soll als etwa zweimal die Höhe der Maschen des Schirm gitters oder der entsprechenden Konstruk tionsgrösse. Wenn die Bedingung 1 nicht erfüllt ist, ist das Knie der Charakteristik weniger scharf.
Die Wirkung davon ist, dass die er zielbare Verstärkung nicht verzerrungsfrei ist wie bei einem schärferen Knie. Ein Knie, das etwas stärker abgerundet ist als notwen dig, kann manchmal zweckmässig sein, da es sich als möglich herausgestellt hat, ober halb der Kniespannung unter diesen Bedin gungen eine höhere Impedanz zu erhalten.
Anstatt die Hilfselektroden e sich längs der Gitter und der Kathode, wie in Fig. 1 dargestellt, erstrecken zu lassen, können: die Hilfselektroden auch nur bis kurz vor das Äbschirmgitter reichen, zum Beispiel, wie in Fig. Ei dargestellt, bis zu den nach innen ragenden Vorsprüngen. Das elektrostatische Feld im Raum zwischen der Anode und dem Abschirmgitter wird durch diese Verkür zung der Hilfselektroden nicht beeinflusst.
Hilfselektroden p, die zweckmässig mit den Abschirmgittern cl und e2 elektrisch verbun den sind, können dann um die ' Gitter und die Kathode vorgesehen sein. Bei der Aus führungsform nach Fig. 6 erstreckt sich die Hilfselektrode mit den Teilen q um die Rückseite der Anode herum.
Bei der Ausführungsform der Einrich tung nach Fig. 7 sind die Vorsprünge -1, weggelassen. Die Hilfselektrode e ist so ge staltet, dass sie das elektrostatische Feld im Raume Anode-Schirm in der gewünschten Weise beeinflusst. Wie in Fig. 6 greift die Hilfselektrode mit den Teilen q hinter die Anode und dient auch zur Befestigung der Gitter und der Kathode. Die Elektrode e be steht aus zwei Hälften mit Flanschen r, die miteinander durch Stifte oder andere Befe stigungsmittel verbunden sein können. Ge eignete Isolierungsmittel k, sind zwischen der Elektrode e und den Gittern cl und e2 vorgesehen.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 8 ist die längliche Kathode a von einem Steuergitter b umgeben, das seinerseits wie der von einem Schirmgitter c umschlossen ist. Um das Schirmgitter c ist eine zwei teilige Anode mit den Teilen dl und d@ an- geordnet. Jeder dieser Teile bildet einen Teil einer zylindrischen Wand, und zwischen den Anodenteilen dl und d2 .liegen weitere, durch Teile einer zylindrischen Wand gebil dete Elektroden ei und e2, die Teile der Hilfselektrode bilden. Die beiden Gitter b und c sind zylindrisch.
Diese beiden Elek troden, wie auch die Anode und die Hilfs elektrode erstrecken sich zweckmässig im wesentlichen über die ganze Länge der Kathode a. Die Teile e, und e2 der Hilfs elektrode bilden Verlängerungen der Anoden teile dl und d2 und liegen in derselben Zylin- dermantelfläche wie die Anodenteile. Diese Fläche ist gleichachsig mit der Kathode a und den beiden; Gittern b und c. Die Teile der Hilfselektrode sind elektrisch miteinan der verbunden.
Sie sind entweder mit der Kathode verbunden, zum Beispiel innerhalb der Hülle f der Vorrichtung, oder gehen nach aussen zu einer Aussenklemme, durch die sie auf einem niedrigen Potential gehalten wer den können, das gewöhnlich vom Kathoden potential wenig abweicht.
Die Hilfselektroden ei und e2 dienen zum Ändern des elektrostatischen Feldes im Raume Anode-Schirm, und zwar derart, dass
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von der Anode nach dem Schirm ge nügend positiv ist, und dass" wenn ein Elek tronenstrom zwischen Kathode und Anode fliesst, eine Raumladung im genannten Raume entsteht. In die Raumzonen gegen über den Stangen s, die die Gitter tragen, wird indessen ein Elektronenschatten gewor fen, und in diesen Zonen fehlt der soge nannte Elektronenschirm oder ist ungenü gend dicht.
Um diese Schwierigkeit zu be seitigen, sind Abschirmteile t vorgesehen, die derart angeordnet sind, dass sie die Sekun därelektronen aufhalten, die andernfalls das Schirmgitter c erreichen würden.
Die Schirmet können aus Metall oder aus Isoliermaterial bestehen. Im ersteren Fall können sie vollständig aus Metall be stehen oder sie können einen Metallüberzug auf einer isolierenden Unterlage haben. Die Metallfläche kann mit den Hilfselektroden e= und e, oder mit einer andern Stelle relativ niedrigen Potentials verbunden sein, oder sie können unverbunden bleiben. Wenn isolie rende Schirme verwendet werden, können sie aus Glas oder Glimmer bestehen. Im Be triebe nimmt jeder Schirm auf seiner Fläche eine Ladung an, die genügt, um sein Poten tial annähernd dem der Kathode gleich zu machen.
Bei der Ausführungsform der Einrich tung nach Fig. 9 sind die Anode und Hilfs elektrode noch weiter in Teile d" d.,, d, usw. bezw. ei, e2, e3 unterteilt. Die ersteren lie gen dabei zwischen den letzteren.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 10 und 11 ist die Unterteilung in der Längs richtung der Kathode vorgenommen. Jeder Teil der Anode a1, a2 und jeder Teil der Hilfselektrode eh e2, e3 hat die Gestalt eines kurzen Zylinders.
Nach Fig. 12, welche eine Variante der Ausführung nach Fig. 8 darstellt, sind die Schirme t und die Hilfselektroden<I>ei,</I> e2 kom biniert, und die ganze Elektrode e1, e2, t, kann als Hilfselektrode angesehen werden.
Bei den Anordnungen nach den Fig.l, 6, 8, 9 und 10 sind die Hilfselektroden selbst die Verlängerung der Anode oder haben Teile u (Fig. 1 und 6) als Verlängerung der Anode.
Nach Fig. 12 hat die Hilfselektrode, ob wohl sie keine Verlängerung der Anoden fläche bildet, dennoch Ränder, die nahe an den Rändern der Anode liegen, so dass die Anodenteile d1 und d2 zusammen mit den Hilfselektroden im wesentlichen einen hül senartigen Teil bilden, der sich um die Git ter und die Kathode erstreckt. Die Hilfs elektrode e nach den Fig. 1 und 6 kann sich natürlich auch vollkommen um die Anode und die Gitter erstrecken, das heisst um deren Ränder, die parallel zur Papierebene liegen.
Dies ist gewöhnlich erwünscht, wenn die Anode und die Gitter im wesentlichen viereckige oder runde Gestalt haben. Wenn diese Elektroden eine bedeutend grössere Länge als Breite haben (in der Richtung der Längsachse der Kathode), so ist es häufig überflüssig, die Hilfselektrode die Gitter und Anode vollkommen einschliessen zu lassen.
Bei Entladungseinrichtungen der be schriebenen Art, bei denen die Hilfselektro den bis nahe an die Ränder der Anode her antreten, ist es häufig zweckmässig, die Anode mit den Hilfselektroden mittels ge eigneter Isolatoren zu verbinden, die zum Beispiel aus Glimmer oder keramischem Werkstoff bestehen können. Zwei Befesti gungsarten sind in den Fig. 18 und 19 dar gestellt.
Nach Fig. 18 sind die Innenränder der Hilfselektroden e1 und e. derart ge schlitzt, dass zwei Zungen vi und v2 nach aussen in eine horizontale Ebene nahe am obern Ende der beiden Hilfselektroden ge bogen werden können. Zwei ähnliche Zungen sind ebenfalls nach aussen in eine horizon tale Ebene nahe am Fusse der beiden Hilfs elektroden gebogen. Dies ist jedoch in der Zeichnung nicht dargestellt.
Die Anode d, die die Gestalt einer rechteckigen Platte hat, ist mit einer Stange av von zweckmässig vier eckigem Querschnitt versehen, die in der Mittellinie der Anode befestigt ist. Zwei Isolatoren in Gestalt rechteckiger Stangen. von denen die obere bei x angedeutet ist, haben in ihrer Mitte je ein viereckiges Loch, und in ihre Enden sind Nuten eingeschnit ten. Die Stange w, die über das obere und untere Ende der Anode hinaustritt, ist in Löcher der Isolatoren x eingesetzt. Die In nenränder der Hilfselektroden greifen in die Nuten an den Enden der Isolatoren.
Die Zungen v, und v2 werden dann nach aussen und um die Isolatoren herum gebogen, wie bei v2 ersichtlich, um sie zu halten.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 19 sind dünne Isolierstreifen z, und z2 an der Anode d befestigt, zum Beispiel mittels Nie ten, und zwar nahe am obern und untern Ende. Diese Streifen stehen nach aussen über die senkrechten Ränder der Anode her vor. Die Anode wird auf die Zungen -v1, v-, v3 und v4 gebracht, die aus der Ebene der Hilfselektroden, wie vorher angegeben, tier ausgebogen sind.
Die Zungen werden über die vorstehenden Enden der Streifen, wie bei v, und v" gezeigt, umgebogen, um diese zu halten.
Anstatt die Zunge aus den Abschirmtei- len herauszubiegen, können natürlich auch entsprechende Zungen an diesen Schirmen befestigt werden, zum Beispiel durch Schwei ssen.
Die vorher beschriebene Halterung kann auch für die Befestigung einer Mehrzahl von Anodenteilen aneinander, wie es vorher be schrieben ist, in Fällen angewendet werden, in denen die Anode in eine Mehrzahl von Teilen unterteilt ist. Wenn die Anodenteile durch eine Hilfselektrode getrennt werden. so können die benachbarten Teile der Hilfs elektrode ebenfalls mittels der vorbeschrie- benen Isolatoren miteinander verbunden wer den. In ähnlicher Weise kann eine Elektrode mit einer andern Elektrode verbunden wer den, sofern diese Elektroden einander genü gend nahestehende Teile haben.
Bei der Ausführungsform der Einrich tung nach den Fig. 13 bis 17 sind zwei Steuergitter b, und b, und zwei Schirmgit ter c, und c, mit entsprechendem Abstand voneinander und von der Kathode a mittels geeigneter Isolatoren, 7e angeordnet. Die bei den. Steuergitter sind miteinander und mit einer Leitung 1 verbunden, die durch den Oberteil der Hülle f geht. Die Gitter beste hen aus dünnen, zwischen Stützstangen an geordneten Drähten.
Zwischen den beiden obern und den beiden untern Drähten jedes Gitters gehen Isolierstreifen 2, zum Beispiel aus Glimmer, hindurch. Zwei Anoden d1 und d2 sind an den Glimmerstreifen 2 mittels Zungen 3; befestigt, die durch den Glimmer hindurchgehen und umgebogen sind. Mit jeder Anode ist eine Hilfselektrode verbun den, die aus einem flachen Teil 4 mit einer grossen rechteckigen Öffnung besteht. Sie besteht ferner aus Seitenteilen 5 und nach innen vorstehenden Teilen 6, die bis nahe an die Ränder der Anode reichen. In den rechteckigen Öffnungen der Hilfselektroden sind Schirme 25 und 26 angeordnet.
Ihre Ränder sind an den Schirmgittern cl und c2 befestigt und dadurch mit ihnen elektrisch verbunden. Die ebenen Teile 5 der Hilfs elektroden legen sich mittels Isolierstreifen k auf den durch Gitter und Kathode gebil deten Bauteil. Die beiden Hilfselektroden werden dann mittels metallischer Streifen 7 verbunden. Diese können durch Punkt schweissung verbunden werden. Kathode und Gitter sind dann fest miteinander verbun den. Vier Metallteile 8 werden dann an der Hilfselektrode durch . Punktschweissung be festigt; sie dienen dazu, eine Bewegung der Glimmerstreifen 2 zu verhindern.
Die Schirme 25 und 26 können gegebe nenfalls so verlängert sein, dass sie zusam men mit dem Schirmgitter c das Steuergitter b mit Ausnahme der Öffnungen für die Durchführung der Kathoden- und Steuergit- terleitung vollkommen umschliessen.
Die beiden Anoden dl und d2 und die beiden Steuergitter b, und b2 können mitein ander verbunden werden. Gegebenenfalls können sie nach aussen zu getrennten Klem men geführt werden, so dass die Vorrichtung als Gegentaktverstärker verwendet werden kann.
Die Hilfselektrode kann mit der Ka thode innerhalb der Hülle verbunden wer den. Gegebenenfalls kann sie aber auch mit einer besonderen Klemme ausserhalb der Hülle verbunden sein, so dass sie auf jedem gewünschten Potential gehalten werden kann. Das Potential der Hilfselektrode ist gewöhn lich fest. Wie bereits angegeben, braucht es aber nicht fest zu sein, da es zum Beispiel auch mit dem Anodenpotential variieren kann.
In den Fig. 20 bis 23 ist eine Variante der Bauart nach Fig. 8 dargestellt. Die Elek troden sind zwischen zwei Scheiben 9 und 10 aus Isoliermaterial, zum Beispiel aus Glim mer, angeordnet, die mittels gezahnter Rän der sich gegen die Innenwandung der Hülle <I>f</I> legen. Die Anoden<I>d,</I> und d, und die Hilfs elektroden e, und e. sind auf den Glimmer scheiben 9 und 10 mittels Nasen 11 befe stigt, die durch Öffnungen der Scheiben hin- durchgehen und umgebogen sind.
Infolge dessen dienen. die Elektroden<I>d,,</I> d2, <I>ex,</I> e2 dazu, mit den: Scheiben 9 und 10 einen star- ren Bauteil zu bilden. Die Kathode a liegt in -Öffnungen in der Mitte der Scheiben 9 und 10. Die stangenförmigen Gitterträger s ragen. auch durch Löcher .der Scheiben 9 und 10. Die Kathode ist indirekt beheizt.
Die Heizspule hat nach aussen führende Leitun gen 12 und 1ä. Die Kathode selbst ist mit einer Leitung 14 verbunden. Die Anoden wile d, und d.. sind miteinander durch einen Draht 15 und mit einer Leitung 16 verbun den. Die Teile e1 und e2 der Hilfselektrode sind miteinander und mit Schirmen t durch einen Draht 17 und mit einer Leitung 18 verbunden. Die Gitter b und c sind mit Lei tungen 19 bezw. 2,0 verbunden.
Die Schirme t liegen in dem Schatten, der durch die Stan gen s geworfen wird. Ihr Zweck ist in Ver bindung mit Fig. 8 angegeben. Die Schirme sind an den Glimmerscheiben 9 und 10 mit tels Nasen 2:1 befestigt.
Die Anodenteile dl und d2 können, wie ersichtlich, Vorsprünge oder vorstehende Teile 22 in Gestalt von kleinen ringartigen Teilen aus Blech haben. Diese Vorsprünge liegen zweckmässig nahe an dem obern und untern Ende jedes Teils d, und d2. Bei der einen Ausführungsform haben sie von den Enden der Teile d, und d2 einen Abstand etwa von 1/r, der ganzen. Länge der Teile.
Der Zweck dieser Vorsprünge besteht darin, Elektronen aufzuhalten, die schräg in den Raum Anode-Schirm gehen, und die beim Fehlen der Vorsprünge den Schirm erreichen, der um die Aussenseite der Raumladungs- fläche angeordnet ist.
Es hat sich herausgestellt, dass ausser den verschiedenen, das Arbeiten der beschrie benen Ausführungsbeispiele der Entladungs einrichtung beeinflussenden, bereits erwähn ten Faktoren noch andere Punkte zweck mässig berücksichtigt werden. Wenn das Schirmgitter zu .nahe am Steuergitter liegt oder eine zu grosse Öffnung hat, kann das Steuergitter eine Verringerung des Poten tials im Raume Anode-Schirm hervorrufen. Diese Potentialabnahme steigert die Wir kung der Hilfselektrode und muss beim Ent werfen der Einrichtung in Rechnung gestellt werden.
Andernfalls kann das Knie der Charakteristik einen unzulässig grossen Krümmungsradius erhalten, ausserdem kann eine Verringerung der Impedanz der Ein richtung oberhalb der Kniespannung eintre ten. Die erste Wirkung ergibt sich wohl dadurch, dass die virtuelle Kathode bei ver schiedener Spannung an verschiedenen Punk ten des Raumes Anode-Schirm verschwindet. Die zweite Wirkung entsteht vermutlich durch den Einfluss des Steuergitters, das die Beseitigung der sekundären Raumladung vom Gitter durch die Anode verhindert.
Bei verschiedenen Ausführungen ist es angezeigt, die Öffnungen des Steuergitters mit den Öffnungen des Schirmes in der Rieh= tung des Elektronenstromes in eine Linie zu legen. Wenn dies bei gewissen. Ausfüh rungsformen nicht beachtet wird, so kann es sich herausstellen, dass sie unbefriedigend arbeiten, und zwar ist die unbefriedigende Wirkung gleich derjenigen, die durch die Verwendung eines Schirmes mit zu grosser Öffnung hervorgerufen wird.