Elektronen-Entladungsvorrichtung, bei der eine virtuelle Kathode gebildet wird. Die Erfindung bezieht sich auf eine Elek- tronen-Entladungsvorrichtung, bei der eine virtuelle Kathode gebildet wird.
In einer elektrischen Entladungsröhre mit einer Kathode, einem Gitter und einer Anode, in welcher der Abstand zwischen dem Gitter und der Anode gross im Ver gleich zum Abstand zwischen dem Gitter und der Kathode ist, und das Gitter ein höheres Potential als die Anode hat, kann bekanntlich eine virtuelle Kathode zwischen dem Gitter und der Anode gebildet werden. Der zu einer hinter der virtuellen Kathode liegenden positiven Elektrode fliessende Strom wird durch den Abstand zwischen der virtuellen Kathode und der positiven Elek trode, sowie durch das Potential dieser letz teren bedingt.
Die prinzipielle Wirkung einer Röhre, in der wenigstens die drei vorerwähnten Elek troden vorhanden sind und in der die Span nungen und die Abmessungen ebenfalls wie angegeben sind, wird an Hand der Fig. 1, 2 und 3 der beiliegenden Zeichnung näher er läutert.
Eine Entladungsröhre 1 nach Fig. 1 ent hält eine Kathode 2, ein Gitter 3 mit in bezug auf die Kathode positiver Vorspan- nung und eine Anode 4. Wenn der Abstand zwischen den Elektroden 3 und 4 hinreichend ist, bildet sich erfahrungsgemäss, z. B. bei 5, eine virtuelle Kathode.
Bei der Anordnung nach Fig. 1 kann die virtuelle Kathode nicht dichter am positiven Gitter gebildet werden als der Abstand zwischen dem Gitter 3 und der Kathode 2 beträgt, da das Potential an der Stelle der virtuellen Kathode nahezu gleich dem Potential der Kathode sein wird, so dass das elektrische Feld zu beiden Sei ten des Gitters 3 nahezu symmetrisch sein wird. Wenn der Kathodenstrom nur durch die Raumladung begrenzt ist, so ist zufolge der erwähnten Symmetrie die Lage der vir tuellen Kathode geradezu unabhängig vom Potential des Gitters 3, so dass in diesem Falle der Anodenstrom ausschliesslich durch das Anodenpotential bedingt wird.
Wenn nun gemäss Fig. 2, in der gleichfalls die Teile 1, 2, 3, 4 und 5 vorhanden sind, ein Gitter 6 zwischen dem positiven Gitter 3 und der Ka thode 2 auf Raumladungspotential angeord net wird, so bleibt die Stelle der virtuellen Kathode ungeändert. Wenn aber das Gitter 6 mehr negativ gemacht wird, verschiebt sich die virtuelle Kathode vom Gitter 3 gegen die Anode 4, so dass der Anodenstrom wächst; in diesem Falle besteht somit eine Kennlinie negativer Steilheit für den Strom zur Anode 4 als Funktion der Spannung am Gitter 6.
Da. es aber erwünscht ist, an das Gitter 6, das als Steuergitter wirken soll, ein negati ves Potential anzulegen, ist zur Bildung einer virtuellen Kathode ein sehr grosser Abstand zwischen dem Gitter 3 und der Anode 4 er forderlich. Dieser Abstand kann nun be trächtlich verringert werden, wenn zwischen letzteren Elektroden entsprechend Fig. 3 ein Gitter 7 mit etwa Nullpotential angeordnet wird. Falls sich das Gitter 7 in der gleichen Entfernung vom Gitter 3 wie das Gitter 6 befindet, so wird sich die virtuelle Kathode etwa in gleicher Entfernung vom Gitter 3 wie die Kathode 2 befinden.
Die Bauanordnung nach Fig. 3 hat immer noch den Nachteil, da.ss der Anodenwider stand und der Verstärkungsgrad ziemlich klein sind.
Um diesen Nachteil zu vermeiden und die Vorteile einer solchen Bauanordnung voll ständig auszunutzen, wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, zwischen der Kathode und der Anode hintereinander ein Steuergitter, ein auf positivem Potential befindliches Git ter und zwei Gitter, deren Spannung die der Kathode nicht übersteigt, anzuordnen, wobei die angelegten Spannungen und die verschie denen Abstände derart gewählt werden, dass zwischen den beiden letztgenannten Gittern eine virtuelle Kathode gebildet wird.
Ein Beispiel einer solchen erfindungs gemässen Entladungsvorrichtung ist in Fig. 4 dargestellt, in der die Röhrenwand mit 1, die Kathode mit 2, ein positives Gitter mit 3, die Anode mit 4, die virtuelle Kathode mit 5, das Steuergitter mit 6 und ein auf Ka thodenpotential befindliches Gitter mit 7 be zeichnet sind; weiter ist zwischen der vir-, tuellen Kathode und der Anode ein zweites, sich zweckmässig auf Kathodenpotential be findliches Gitter 8 angeordnet.
Zur Erzielung des gewünschten Zustan des müssen die verschiedenen Abstände und Spannungen passend gewählt werden. Wenn eine planparallele Elektrodenanordnung ge wählt ist und die Gitter 7 und 8 sich auf Kathodenpotential befinden, wird eine vir tuelle Kathode zwischen diesen Gittern ge bildet werden, wenn der Abstand zwischen den Gittern 6 und 3 dem Abstand zwischen den Gittern 3 und 7 entspricht, und der Ab stand zwischen den Gittern 7 und 8 gleich gross oder grösser als der Abstand zwischen der Kathode 2 und dem Gitter 6 ist, wobei weiter die Gitter 6 und 7 die gleiche Struk tur haben und das Gitter 8 sehr enge Öff nungen besitzt.
Bei einer Ausführungsform ist zum Bei spiel das Verhältnis des Abstandes zwischen der Kathode und dem Gitter 6 zu den Ab ständen zwischen dem Gitter 6 und dem Git ter 3, zwischen den Gittern 3 und 7 usw. 1 : 2 : 2 : 4 : 2, wobei es ebenfalls wichtig ist, dass das Gitter 8 hinreichend enge Öffnun gen hat, um die virtuelle Kathode derart von der Anode abzuschirmen, dass eine hohe Anodenspannung Anwendung finden kann. Zweckmässig sind die Spannungen an den Gittern 6, 7 und 8 Null oder negativ in Be zug auf die Kathode. Man kann eines dieser Gitter als Steuergitter verwenden, wobei dann bei Verwendung der Gitter 7 und 8 als Steuergitter die Röhre eine positive Steilheit hat.
Eine Entladungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise eine Kathode enthalten, deren Durchmesser etwa 1 mm beträgt, ein elliptisches Gitter, dessen kleine Axe eine Länge von etwa 21/2 mm und dessen grosse Axe eine Länge von etwa 3,1 mm hat, wobei das Gitter mit einer Steigung von etwa 1 mm gewunden ist und die Drahtstärke 0,1 mm beträgt. Das zweite Gitter, von der Kathode aus gezählt, kann dann ebenfalls ellipsenförmig sein, wo bei die kleine Age 5 mm und die grosse Ase 51/2 mm beträgt; die Steigung ist etwa 11/s mm, und die Drahtstärke 0,12 mm.
Diese Werte können dann für das darauffol gende Gitter 71/, 9, 1/2 und 0,15 mm, für das nächstfolgende Gitter 121/2 (ein zylindri sches Gitter), 1,4 mm und die Drahtstärke 0,12 mm sein, während der Durchmesser einer zylindrischen Anode 15 mm betragen kann.
In Fig. 4 sind weiter schematisch ein Eingangskreis 9 und ein Ausgangskreis 10 und zwei Spannungsquellen 11 und 12 ab gebildet.
Fig. 5 zeigt schliesslich zur Veranschau lichung der Wirkung der Entladungsvor richtung eine Kurve, bei welcher der Strom zu der Anode 4 als Funktion der Spannung am Gitter 6 aufgetragen ist (h, als Funk tion von Vg). Es arbeitet hierbei die Röhre in dem durch<I>WR</I> angedeuteten Bereich.
Eine Entladungsvorrichtung gemäss Fig. 4 kann nun als Gegentaktanordnung arbeiten, wobei eine gewöhnliche Röhre als Treiber röhre verwendet werden kann, ohne dass in duktive Kopplung zwischen Treiberstufe und Gegentaktstufe notwendig ist, was mit zwei üblichen Röhren in der Gegentaktstufe nicht ohne weiteres möglich ist. Eine der artige Schaltung ist in Fig. 6 angegeben. Die Röhre I und die Röhre II sind über einen ,Widerstand gekoppelt. Die Spannungen. der Anode 4 und des Gitters 3 sind in Gegen phase, so dass zwischen diesen zwei Elektro den ein Ausgangstransformator 9 geschaltet werden kann.
Eine andere Anwendung der Röhre ist zum-Beispiel als Oszillator mög lich, bei dem eine direkte Kopplung zwischen der Anode und dem Gitter bestehen kann, da die Anodenspannung mit der Gitterspannung in Phase ist. Aus Fig. 7 ist ersichtlich, dass, wenn zwischen Anode und Steuergitter ein Kondensator 13 geschaltet wird, die Schal tung als selbsterregter Oszillator arbeiten kann.
Eine weitere Anwendung der Erfindung ergibt sich bei Verwendung des positiven Gitters als Ausgangselektrode; da der Ge- samtanodenstrom wächst, wenn die Spannung am Gitter 3 positiver wird, so nimmt auch der positive Gitterstrom schnell zu, so dass sich in diesem Fall eine grosse Steilheit er zielen lässt.