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Elektrische Schaltungsanordnung zur Stabilisierung des von einer Elektronenquelle zu einer Auffangelektrode fliessenden Elektronenstromes Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Stabilisierung des Elektronenstromes, der von einer Elektronenquelle, insbesondere von der Elektronenkanone zu einer Auffangelektrode einer Travellingwave-Röhre fliesst.
Bisher wurde in den Fällen, wo eine Stabilisie- rung eines Elektronenstrahlstromes vorgenommen wurde, der totale Kathodenstrom und nicht der von der Auffangelektrode aufgefangene Strom stabilisiert.
Abgesehen von sehr einfachen Elektrodensyste- men, gelangt gewöhnlich nicht der ganze Kathodenstrom in einer Elektronenentladungsvorrichtung zur Elektronen-Auffangelektrode, und in vielen Röhrentypen ist der Auffangelektrodenstrom das Kriterium für die Leistungsfähigkeit der Vorrichtung oder der Röhre. So ist z.
B. in einem Travellingwave- Verstärker, in welchem ein Elektronenstrahl von einer Elektronenkanone aus längs der Achse einer Wendel zu einer Elektronen-Auffangelektrode fliesst, die Verstärkung eine Funktion des Auffangelektro- denstromes. Ein Teil des Kathodenstromes wird von den Strahlerzeugungselektroden und der Wendel aufgefangen, wobei der von der Wendel aufgenommene Strom oft mit der Ausgangsleistung zunimmt, und zwar wegen der vergrösserten Raumladung infolge der Elektrodenverdichtung und der daraus folgenden Tendenz der Entfokussierung des Strahls.
Um die Ausgangsleistung zu stabilisieren, ist es daher erwünscht, den Auffangelektrodenstrom und nicht den Kathodenstrom zu stabilisieren.
Um beim Beispiel der Travellingwave-Röhre zu bleiben, ist es zur Steuerung des Auffangelektrodenstromes nötig, das Potential irgendeiner andern Elektrode, wie z. B. der ersten Anode der Elektronenkanone, automatisch einzustellen. Für einen Auffangelektrodenstrom von 14 0,5 mA bei einer typi- schen Travellingwave-Röhre ist das Potential der ersten Anode 800-2000 Volt negativ bezüglich der Auffangelektrode, welche sich üblicherweise auf Erd- potential befindet. Angesichts der grossen Potential- differenz zwischen dem Eingang und dem Ausgang ist ein direkt gekoppeltes Steuersystem sehr unzweckmässig und in vielen Fällen praktisch nicht ausführbar.
Die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung ist gekennzeichnet durch einen mit der Auffangelektrode in Reihe geschalteten Widerstand, weiter durch einen Oszillator, dessen gleichgerichtete Ausgangsspannung an einer die Elektronenquelle steuernden Elektrode liegt, und schliesslich durch Mittel, um die Ausgangsspannung des Oszillators in Abhängigkeit der am genannten Widerstand erzeugten Spannung zu ändern.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, und zwar handelt es sich bei diesem Ausführungsbeispiel um die Stabilisierung des Auffangelektrodenstromes eines Travellingwave- Verstärkers.
Die Zeichnung zeigt eine Travellingwave-Verstär- kerröhre 1 mit einer Elektronenkanone, die eine Kathode 2 und eine Beschleunigungsanode 3 aufweist. Die schematisch dargestellte Wendel ist mit 4 und die Auffangelektrode mit 5 bezeichnet. Das Hauptbeschleunigungspotential für den Strahl wird von einer Hochspannungsquelle geliefert, welche mit den Klemmen 6 und 7 verbunden ist, welche letztere mit E. H. T. - und E. H. T. + bezeichnet .sind. Das Potential für die erste Anode 3 wird durch die gleichgerichtete Ausgangsspannung eines Oszillators 8 geliefert.
Die Klemme 7 ist mit der Auffangelektrode 5 über einen Widerstand R1 verbunden, welcher aus einem festen Widerstand in Reihe mit einem vorein- gestellten variablen Widerstand besteht. Die Klemme
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7 wird auf einem Potential von 55 Volt bezüglich Erde durch einen Spannungsstabilisator gehalten, der im vorliegenden Beispiel aus einer Neonröhre 9 besteht, und der Widerstand R1 wird so eingestellt, dass sich die Auffangelektrode etwas unterhalb des Erd- potentials befindet.
Die Auffangelektrode 5 ist weiter über einen Widerstand R3 mit dem Steuergitter einer Pentode verbunden, welche als Gleichstromverstärker verwendet wird, um die Änderungen des Potentials der Auffangelektrode an den Oszillator 8 zu übermitteln. Die Kathode und das Bremsgitter der Röhre 10 sind geerdet, und die Anode ist über einen Belastungswiderstand R4 mit der positiven Klemme 11 einer Spannungsquelle von 300 Volt verbunden, welche auch den Oszillator 8 speist. Die Klemme 11 ist über einen Widerstand R2 mit der Klemme 7 verbunden, um den Brennstrom für die Neonröhre zu liefern.
Das Schirmgitter der Pentode 10 wird durch den Widerstand R, und die Neonröhre 12 auf einem konstanten Potential gehalten.
Der Oszillator 8 weist eine Pentode 13 und einen Transformator 14 auf, welcher auf 500 kHz abgestimmt ist. Die abgestimmte Anodenwicklung dieses Transformators ist mit ATl, die Gitterwicklung mit CT1 und die Ausgangswicklung reit BT1 bezeichnet. Der Gitterkreis weist einen üblichen Gitterstrom- Vorspannwiderstand R, und einen Blockkondensator C., auf.
Die Kathode und das Bremsgitter der Oszil- latorröhre sind geerdet, während das Schirmgitter mit der Anode des Gleichstromverstärkers 10 verbunden ist und über einen Kondensator Cl für die Oszillator- frequenz geerdet ist.
In Reihe mit der Ausgangswicklung BTi des Transformators 14 liegt ein Gleichrichter 15, welcher einen Kondensator C, auflädt, der durch einen Widerstand R7 überbrückt ist.
Die an den Klemmen des Kondensators C5 auftretende gleichgerichtete Spannungliefert das Speisepotential für die erste Anode 3 der Travellingwave-Röhre 1.
Im Betrieb der oben beschriebenen Schaltungsanordnung befindet sich das Steuergitter der Gleichstrom-Verstärkerröhre 10 normalerweise etwas unterhalb ihres Kathodenpotentials, und das Schirmgitter der Oszillatorröhre 13 wird auf einem geeigneten positiven Potential gehalten. Wenn der zur Auffangelektrode 5 der Travellingwave-Röhre fliessende Strom zunimmt, so wird das Gitter der Röhre 10 negativer, so dass das Anodenpotential der Röhre 10 und damit das Schirmgitterpotential der Oszillator- röhre 13 ansteigt, wodurch die Oszillatorausgangs- spannung zunimmt und eine negativere Spannung an die erste Anode 3 gelangt.
Das Potential der ersten Anode 3 wird dadurch näher an das Potential der Kathode 2 der Elektronenkanone der Travellingwave- Röhre gebracht, wodurch der Strahlstrom abnimmt.
Ein Mass für die durch die Schaltung erzielte Stabilisierung des Auffangelektrodenstromes ist gegeben, durch das Verhältnis 8 Va, 1 ö 1, wo 8 V#, die Änderung der Spannung der ersten Anode und öl, die entsprechende Änderung des Auffangelektrodenstromes ist.
Mit der oben beschriebenen Schaltungsanordnung und für einen nominellen Auffangelektro- denstrom von 14 mA hat das Verhältnis ö V,, / d 1, den Wert von 9600 Volt/mA. Die Zeitkonstante der Schaltung, welche weitgehend durch R7 und C5 bestimmt ist, ist von der Grössenordnung von 50 ms. Um den Grad der Wirksamkeit der Anordnung darzulegen, kann anstelle des vorerwähnten Verhältnisses gesagt werden, dass für eine Änderung der Speisespannung von 10% die Änderung des Auffangelek- trodenstromes der Travellingwave-Röhre ungefähr 0,08 mA beträgt.
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Electrical circuit arrangement for stabilizing the electron current flowing from an electron source to a collecting electrode. The present invention relates to a circuit arrangement for stabilizing the electron current flowing from an electron source, in particular from the electron gun, to a collecting electrode of a traveling wave tube.
So far, in those cases where an electron beam current was stabilized, the total cathode current and not the current picked up by the collecting electrode was stabilized.
Except for very simple electrode systems, not all of the cathode current in an electron discharge device usually reaches the electron collection electrode, and in many types of tubes the collection electrode current is the criterion for the performance of the device or the tube. So is z.
B. in a traveling wave amplifier in which an electron beam from an electron gun flows along the axis of a helix to an electron collecting electrode, the gain is a function of the collecting electrode current. Part of the cathode current is collected by the beam generating electrodes and the filament, the current consumed by the filament often increasing with the output power due to the increased space charge due to the electrode compression and the consequent tendency of the beam to defocus.
Therefore, in order to stabilize the output, it is desirable to stabilize the collecting electrode current rather than the cathode current.
To stay with the example of the Travelingwave tube, it is necessary to control the collecting electrode current, the potential of any other electrode, such as. B. the first anode of the electron gun to adjust automatically. For a collecting electrode current of 14 0.5 mA with a typical traveling wave tube, the potential of the first anode is 800-2000 volts negative with respect to the collecting electrode, which is usually at ground potential. In view of the large potential difference between the input and the output, a directly coupled control system is very inexpedient and in many cases practically impossible.
The circuit arrangement according to the invention is characterized by a resistor connected in series with the collecting electrode, further by an oscillator whose rectified output voltage is applied to an electrode controlling the electron source, and finally by means to add the output voltage of the oscillator as a function of the voltage generated at the said resistor to change.
An exemplary embodiment of the subject matter of the invention is explained in more detail below with reference to the drawing, namely in this exemplary embodiment the stabilization of the collecting electrode current of a traveling wave amplifier is concerned.
The drawing shows a traveling wave amplifier tube 1 with an electron gun which has a cathode 2 and an acceleration anode 3. The coil shown schematically is denoted by 4 and the collecting electrode by 5. The main acceleration potential for the beam is provided by a high voltage source which is connected to terminals 6 and 7, the latter being labeled E. H. T. - and E. H. T. +. The potential for the first anode 3 is supplied by the rectified output voltage of an oscillator 8.
The terminal 7 is connected to the collecting electrode 5 via a resistor R1, which consists of a fixed resistor in series with a preset variable resistor. the clamp
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7 is kept at a potential of 55 volts with respect to earth by a voltage stabilizer, which in the present example consists of a neon tube 9, and the resistor R1 is set so that the collecting electrode is slightly below earth potential.
The collecting electrode 5 is further connected via a resistor R3 to the control grid of a pentode, which is used as a direct current amplifier in order to transmit the changes in the potential of the collecting electrode to the oscillator 8. The cathode and the retarder grid of the tube 10 are earthed, and the anode is connected via a load resistor R4 to the positive terminal 11 of a voltage source of 300 volts, which also feeds the oscillator 8. The terminal 11 is connected to the terminal 7 via a resistor R2 in order to supply the burning current for the neon tube.
The screen grid of the pentode 10 is held by the resistor R 1 and the neon tube 12 at a constant potential.
The oscillator 8 has a pentode 13 and a transformer 14 which is tuned to 500 kHz. The matched anode winding of this transformer is labeled AT1, the grid winding CT1 and the output winding BT1. The grid circuit has a conventional grid current bias resistor R and a blocking capacitor C.
The cathode and the braking grid of the oscillator tube are grounded, while the screen grid is connected to the anode of the direct current amplifier 10 and is grounded via a capacitor C1 for the oscillator frequency.
In series with the output winding BTi of the transformer 14 is a rectifier 15, which charges a capacitor C 1, which is bridged by a resistor R7.
The rectified voltage appearing at the terminals of the capacitor C5 supplies the supply potential for the first anode 3 of the traveling wave tube 1.
In operation of the circuit arrangement described above, the control grid of the DC amplifier tube 10 is normally located somewhat below its cathode potential, and the screen grid of the oscillator tube 13 is held at a suitable positive potential. If the current flowing to the collecting electrode 5 of the traveling wave tube increases, the grid of the tube 10 becomes more negative, so that the anode potential of the tube 10 and thus the screen grid potential of the oscillator tube 13 increases, whereby the oscillator output voltage increases and a more negative voltage reaches the first anode 3.
The potential of the first anode 3 is brought closer to the potential of the cathode 2 of the electron gun of the traveling wave tube, whereby the beam current decreases.
A measure for the stabilization of the collecting electrode current achieved by the circuit is given by the ratio 8 Va, 1 ö 1, where 8 V # is the change in the voltage of the first anode and oil is the corresponding change in the collecting electrode current.
With the circuit arrangement described above and for a nominal collecting electrode current of 14 mA, the ratio ö V ,, / d 1, has the value of 9600 volts / mA. The time constant of the circuit, which is largely determined by R7 and C5, is of the order of magnitude of 50 ms. In order to demonstrate the degree of effectiveness of the arrangement, instead of the above-mentioned ratio, it can be said that for a change in the supply voltage of 10% the change in the collecting electrode current of the traveling wave tube is approximately 0.08 mA.