DE745730C - Reihenvervielfacher fuer hohe Ausgangsstroeme - Google Patents

Description

• Reihenvervielfacher für hohe Ausgangsströme Die Erfindung betrifft einen Reihenvervielfacher für hohe Ausgangsströme zur Verstärkung eines modulierten Elektronenstroms durch Auslösung -selt-undärer Elektronen an einer Anzahl von auf steigendem Potential liegenden Prallelektroden.
• In. einer bekannten Anordnung bestehen diese Elektroden aus hinterein.anderliegenden ebenen Netzen und aus einer Prallplatte als Ausgangselektrode. Bei dieser Anordnung ergeben sich Schwierigkeiten, wenn es sieh darum handelt, Ströme von ioo Milliampere und mehr abzunehmen, denn die bei solchen Stromstärken freiwerdende Wärmemenge bewirkt eine Erhitzung der Elektroden und damit eine. mehr oder minder rasche Zerstörung der Seundäremissionsschichten. Z. B. -verdampft das zur Aktivierung der Elektroden am häufigsten verwendete Cäsium schon bei 20o"' C in sehr kurzer Zeit. Es darf daher für Cäsiurnhathoden bei Dauerbetrieb eine Temperatur von etwa ioo° C nicht überschritten werden. Nun besteht zwar die Möglichkeit, die spezifische Belastung der Elektroden dadurch herabzusetzen, daß man die Flächen der Elektroden entsprechend vergrößert. Bei Vergrößerung einer z. B. kreisförmigen Fläche auf das Doppelte steigt ihr Umfang nicht in gleichem Maße an. Von der Größe .des Elektrodenumfangs hängt.aber die Wärmeabstrahlung in erster Linie ab, da sie in der Hauptsache seitlich in Richtung der Elektrodenebenen erfolgt: Daher bringt eine Verdoppelung der Elektrodenfläche nicht die Herabsetzung der Wärmebelastung auf die Hälfte, sondern viel weniger. Werden die Elektroden überdimensioniert, so erhöht sich aber die Ausgangskapazität beträchtlich, was besonders bei der Übertragung breiter Frequenzbänder, wie sie z. B. beim Fernsehen benötigt werden, vermieden -werden muß.
• Ferner ist ein Vervielfacher bekannt, bei dem eine Anzahl ebener Netze von zylindrischen Netzen umgeben ist. Dieser Vervielfacher hat den Nachteil, daß infolge der Feldverteilung zwischen den ebenen Netzen und dem ersten zylindrischen Netz die Elektronen aus der ebenen Netzanordnung bereits herausgezogen werden, ehe sie diese völlig durchlaufen haben, was den Wirkungsgrad ungünstig beeinflußt. Außerdem ist bei dieser bekannten Anordnung die Flächenbelastung der zylindrischen Prallelektroden sehr ungleichmäßig, da der von dem letzten ebenen Netz all dein einen Ende der zylindrischen Anordnung abfließende Sekundärelektronenstrom yvesentlich .größer ist als der von dem ersten Netz abfließende. Infolgedessen ist man gezwungen, zur Bewältigung der in der letzten Vervielfachungsstufe und an der Auffangelektrode sich entwickelnden Wärmemengen eine erhebliche Überdimensionierung vorzunehmen.
• Ein -weiterer bekannter Vervielfacher bestellt aus einer Kathode und einer größeren Anzahl die Kathode unischließender zylindrischer Netze. Bei dieser Anordnung ist zwar von Stufe zu Stufe eine erhebliche Flächenvergrößerung vorhanden, jedoch ist die prozentuale Flächenvergrößerung am größten gerade in den ersten Stufen, wo sie an sich noch gar nicht nötig wäre, geringer hingegen in den letzten Stufen. Außerdem hat dieser Aufbau den Nachteil, daß die Anordnung aus lauter verschiedenen Bhueletnenten zusammengesetzt werden muß. Bei einer größeren Anzahl von Stufen -wird daher verhältnismäßig viel Material und Raum benötigt.
• Bei einem Reihetlvervielfacher für hohe Ausgangsströme zur Verstärkung eines modulierten Elektronenstromes mit hintereinanderliegenden Prallnetzen, die einesteils als ebene, andernteils als zylindrische Flächen ausgebildet sind, bestehen gemäß der Erfindung die stark belasteten Ausgangsstufen des Vervielfachers aus koaxial angeordneten Zylinderflächen und die von ihnen durch eine Ebene räumlich getrennt liegenden schwach belasteten Anfangsstufen des Vervielfachers aus quer zur Achsrichtung der Zylinderelektroden hintereinander angeordneten ebenen Flächen. Der Übergang der Elektronen von den Anfangsstufen zu den Ausgangsstufen erfolgt vorzugsweise über eine ebenfalls quer zu der genannten Achsrichtung liegende Prallplatte, die in der Hölle des den ebenen Prallnetzen abgewendeten Randes des innersten zylindrischen Prallnetzes angeordnet ist. Durch diesen Aufbau wird der Vorteil erhalten, daß die Eingangsstufen verhältnismäßig klein bemessen -werden können, was mit Rücksicht auf den durch tliertnische Emission an den ersten Prallstufen hervorgerufenen Dunkelstrom zweckmäßig ist.
• 2 an benötigt nur verhältnisin äßig wenig ?-, verschiedene Bauelemente und erhält durch die @'ertvendung zylindrischer _@usgangselektroden eine hohe Flächenbelastbarkeit und somit hohe Ausgangsströme bei verhältnismäßig geringer Kapazität der Ausgangselektrode.
• Nach der Figur befindet sich in einem Glasgefäß z eine Glühkathode 2. Ein von dieser ausgehender Elektronenstrom wird durch eine Steuerelektrode 3 moduliert, danach auf die netzförmige ebene Elektrode: beschleunigt und löst Sekundärelektronen aus, welche von dem nächsten Netz 5 angezogen «-erden und auf diesem weitere Sekundärelektronen auslösen. Dieser Vorgang wiederholt sich an den folgenden ebenen Netzen so oft, bis der Elektronenstrom auf etwa 2 1Zillianipere verstärkt ist. Zwischen den Netzen d., 5, 6 und den folgenden bis 7 besteht je eine Potentialdifferenz von 7o Volt, und es Wird je Netz eine Verstärkung um den Faktor 2 erreicht. Die aus dem Netz 7 austretenden Elektronen -werden durch das weitmaschige Netz S auf eine Geschwindigkeit entsprechend iooVolt beschreueiigt und treten nun in einen von der Prallplatte 9 - und dem zylindrischen Netz TO gebildeten Raum ein. Die Dimensionen und Potentiale dieser Elektroden sind so gewählt, daß der durch das Netz 8 gelangende Elektronenstrom in gleichmäßiger Verteilung auf die ganze Fläche der Prallplatte 9 auftrifft und daß der hier ausgelöste Strom von Sekundärelektronen sich ebenfalls gleichmäßig über die ganze Fläche des zylindrischen Netzes TO verteilt. Folgende Überlegung führt dann zur Auffindung der richtigen BeinessUngswerte.
• Die Bahn der von der Prallplatte ausgehenden Elektronen hängt nur von dem Verhältnis des Potentials des Beschleunigungsgitters 8 zu dem des zylindrischen Netzes 1o, nicht dagegen von ihren absoluten Beträgen ab. Als Bezugsgröße ist das Potential der Platte gewählt, was zulässig ist, da die Austrittsgeschtvindigkeit der Elektronen in erster Näherung vernachlässigt werden kann. Nur für ein bestimmtes Verhältnis dieser Potentiale gelangt ein auf der Plattenmitte ausgelöstes Elektron gerade all den unteren Rand des Z@Iinders ro. Das zu -wählende Verhältnis der Potentiale von Netz 8 und Zylinder TO verschiebt sich bei Änderung der Dimensionen des Zylinders io; z. B. -wird es kleiner sein, -wenn der Zylinder TO eine sehr geringe Hölle hat, größer dagegen, -wenn sein Durchmesser klein gegen die Höhe ist. Zur Festlegung der Elektronenbahnen reichen also die durch die Potentiale der Elektroden 8, 9, io gegebenen Freiheitsgrade aus; jedoch kann für den Fall, daß das Beschleunigungspotential des Netzes 8 besonders hoch werden sollte, der -Radius der Prallplatte vergrößert werden. Schließlich ist es möglich, dem die Beschleunigungselektrode 8 umgebenden Ring 18 ein gesondertes Potential zu erteilen und dadurch die Elektronen in :die gewünschten Bahnen zu lenken. In der Figur sind die Bahnen 16 und 17 eines die Mitte und eines den Rand der. Prallplatte treffenden Elektrons eingezeichnet.
• Die Elektroden 11, 12 und 13 sind als koaxiale Zylinder ausgebildet, die den Zylinder io umschließen. Der Zylinder 12 ist als metallischer Wandbelag auf die Glaswand aufgedampft oder aufgespritzt. Von dieser Elektrode werden .die nutzbaren Spannungsschwankungen abgenommen, während das vorhergehende Netz 13 als Auffangelektrode dient.
• _ Ein in den zylindrischen Raum eintretender Elektronenstrom von etwa 2 Milliampere wird an der Prallplatte 9 auf etwa io Milliampere, an dem Netz io auf 2o Milliampere, an dem Netz i i auf 40 Milliampere und an der Prallelektrode 12 auf Zoo Miniampere verstärkt. Dieser Strom wird schließlich von der Elektrode 13 aufgenommen. In der Zuführung der Elektrode 12 fließt also ein. Strom von 200 - 40 = 16o Milliampere. Wegen' der Zylinderform der letzten Elektroden ist eine Kühlung durch bekannte Mittel ohne größere Raumbeanspruchung möglich. In der Figur sind Kühlflügel 14 und 15 angedeutet. Die Zylinder io bis 13 sitzen mit ihren den ebenen Prallnetzen zugewendeten Rändern auf einer mit der Gefäßwand verschmolzenen ringförmigen Scheibe aus Glas auf.
• In der Praxis hat sich eine Röhre mit folgenden. Daten besonders bewährt.

  Durchmesser Potential geg

  vor]. Elektrod

  Netze 3 bis 7 ..... 30111111- 70 Volt

  Netz 8 . . . . . . . . . . 3o mm ioo Volt

  Prallplatte 9 . . . . . 39 nun 40 Volt

  Zylindr. Netz io . . 40111111 70 Volt

  Zylindr. Netz i i . . 43 mm 70 Volt

  Auffangelektrode 13 46 mm ' 140 Volt

  Prallelektrode 12 .. 5o mm - 70 Volt

  Die mit dieser Anordnung erzielbare Raumersparnis, verglichen mit einer Anordnung mit nur ebenen Netzen, ist beträchtlich. Hat bei einem Durchmesser von 5 cm die Prallelektrode 12 eine Fläche'von 47 cm', so müßte bei der gleichen spezifischen Belastung- eine Anordnung mit nur ebenen Elektroden einen Durchmesser von 8 cm ]laben. .

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Reihenvervielfacher für hohe Ausgangsströme zur Verstärkung eines modulierten Elektronenstromes mit hintereinanderliegenden Prallnetzen, die einesteils als ebene, andernteils als zylindrische Flächen ausgebildet sind, dadurch gekenn-, zeichnet, daß die stark belasteten Ausgangsstufen des Vervielfacliers aus koaxial angeordneten Zylinderflächen und die von ihnen durch eine Ebene räumlich getrennt liegenden schwach belasteten Anfangsstufen des Vervielfachers aus quer zur Achsrichtung der Zylinderelektroden hintereinander angeordneten ebenen Flächen !bestehen, und daß der übergang der Elektronen von den Anfangsstufen zu den Ausgangsstufen vorzugsweise über eine ebenfalls quer zu der genannten Achsrichtung liegende Prallplätte erfolgt, die in der Höhe des den ebenen Prallnetzen abgewendeten Randes des innersten zylindrischen Prallnetzes angeordnet, ist.
2. 2. Reihenvervielfacher nachAnspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallplatte, die ihr vorausgehende und die ihr folgende Netzelektrode miteinander einen zylindrischen Raum umgrenzen.
3. 3. Reihenvervielfacher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die der Prallplatte vorausgehende Elektrode als im Vergleich zu den übrigen netzförmigen Elektroden weitmaschiges und dünndrahtiges Netz ausgebildet ist. -
4. 4. Reihenvervielfacher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ebene der der Prallplatte vorausgehenden Bitterförnligen Elektrode eine diese umgebende, als Ringscheibe ausgebildete und an besonderes Potential gelegte Elektrode angeordnet ist.
5. 5. Reihenvervielfacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die letzte Prallelektrode (12) als Wandbelag ausgebildet ist und daß eine zwischen der letzten und der vorletzten Prallelektrode angeordnete netzförmige, an dem höchsten Potential liegende Elektrode (13) als Auffangelektrode dient.
6. 6. Reihenvervielfacher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der nutzbare Elektronenstrom von der letzten Prallelektrode (12) abgenommen wird und daß die Auffangelektrode (13) sowie die ihr vorausgehende Elektrode (i i) mit Kühlflügeln (14, 15) versehen sind.
7. 7. Reihen vervielfacher nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrischen Prallnetze mit ihren den ebenen Prallnetzen zugewendeten Rändern auf einer mit der Gefäßrand verschmolzenen ringförmigen Scheibe aus Glas aufliegen. Zur -Abgrenzung des Anmeldungsgegenstandes vorn Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: französische Patentschrift . . Nr. $00 440, 817 567; britische Patentschrift ..... - 454133, 470 102; Zeitschr. f. Techn. Physik, 1936, Heft 12, insbesondere S.627 linke Spalte, Abbildung i, 2 und i2.