Вторично электронное усилительное устройство Советский патент 1936 года по МПК H01J43/00 

В основном авторском свидетельстве № 45765 описан способ усиления электронных токов, заключающийся в том, что многократное преобразование электронных потоков в системе последовательно расположенных в вакуумном приборе активированных электродов осуществляют таким образом, что вторичное излучение с каждого электрода вызывается попаданием электронов с предшествующих электродов, с целью получения лавинообразного нарастания электронного тока, получаемого от термоионного или фотоэлектронного источника эмиссии.

Предлагаемое вторично электронное усилительное устройство имеет целью упростить конструкцию устройства по основному авторскому свидетельству, № 45765, устраняя необходимость в больщом числе выводов из прибора и делителе напряжения.

Согласно изобретению, электроды, дающие вторичную эмиссию, выполнены в виде соленоида равномерной проводимости, индуктивно связанного с генератором высокой частоты.

На прилагаемом чертеже фиг. 1,2,4, 5, 7 и 8 представляют собой разные варианты предложенного устройства, а фиг. 3 и 6 поясняют их действие.

Общий принцип действия предлагаемого прибора, применительно к случаю усиления электронных токов, может быть уяснен из фиг. К В эвакуированном сосуде помещается однослойный соленоид, поверхность которого покрыта слоем вещества, дающего большую вторичную эмиссию. Кроме того в приборе имеются анод А, управляющая сетка g и накаливаемый катод К. Усиливаемое напряжение подается между сеткой и катодом (к зажимам У). Нагрузка Z включается между последним витком соленоида I i анодом А. Сопротивление R между сеткой и начальным витком соленоида необходимо для того, чтобы потенциал соленоида имел какое-то фиксированное значение по отнощению к потенциалу сетки.

Прибор этот помещается в высоко частотное магнитное поле. Например, в конструкции фиг. 1 прибор помещен внутри катущки L, составляющей вместе с конденсатором С колебательный контур, в котором генерируется высокая частота при помощи электронной лампы Л. Витки соленоида I будут следовательно пронизываться переменным магнитным потоком и в них будет индуктироваться переменное напряжение. Кривая магнитного потока Ф внутри

соленоида / и кривая напряжения Е между его крайними витками указана Й $иг,,3. В момент времени t на нижнем наиальном витке соленоида имеется минус, на верхнем (конечном) витке . Эта разность потенциалов будет равномерно распределена вдоль всего соленоида. Пусть из катода Ана начальные витки соленоида / течет электронный ток 4). Ударяясь о начальные витки соленоида, электроны выбьют из этих витков вторичные электроны, которые под влиянием радиального поля, создаваемого анодом А, и аксиального поля, создаваемого падением потенциала вдоль соленоида, полетят по какой-то сложной кривой и ударятся о более отдаленные витки соленоида. Часть электронов, правда, может попасть на анод, однако, большая часть пролетит мимо анода и попадет на витки соленоида. Этому будет способствовать наличие внутри соленоида аксиального магнитного поля.

После многократных отражений от витков соленоида на последние (самые верхние) витки попадает многократно усиленный электронный поток, который, отразившись и усилившись, последний раз будет воспринят анодом А. Чтобы анод А воспринял по возможности все электроны, вылетаюшие и последних витков соленоида, может оказаться целесообразным подать на анод дополнительное положительное напряжение от источника постоянного тока Б. Усиление электронного потока не будет постоянным в течение всего положительного полупериода. Пока разность потенциалов между крайними витками соленоида мала, усиления вообще не происходит, и анодный ток начинает проходить только с момента /, когда разность потенциалов между витками соленоида будет иметь какое-то минимальное значение. После момента t напряжение между витками соленоида будет продолжать возрастать, магнитный же поток, пронизывающий соленоид, будет уменьшаться. В некоторый момент времени 4 соотношение между разностью потенциалов на соленоиде и пронизывающим его магнитным потоком таково, что . усиление максимальное. В момент 4 напряжение на соленоиде максимальное,

однако, пронизывающий его поток равен нулю, и поэтому усиление падает. В момент t снова получается наиболее благоприятное соотношение между напряжением на соленоиде Е и магнитным потоком Ф (то обстоятельство, что направление магнитного потока в момент fi противоположно направлению потока в момент 4, роли не играет). В момент 4 напряжение на соленоиде настолько уменьшается, что анодный ток вовсе прекращается. Поэтому, если электронный поток, ударяющий о начальный виток соленоида, постоянен по величине, то импульс анодного тока / будет иметь показанную на фиг. 3 форму. Амплитуда первой гармоники, содержащейся в этом импульсе, и постоянная составляющая импульса пропорциональны начальному электронному потоку, падающему на первый виток соленоида.

Во время отрицательного полупериода (когда на нижнем витке положительное, а на верхнем отрицательное напрял ение) усиления вовсе не происходит.

На фиг. 2 изображен вариант предлагаемого прибора и схема его включения применительно к случаю усиления фототоков. Соленоид / выполнен в виде спирального металлического слол, нанесенного на внутреннюю г:оверхность стеклянной трубки. Такой слой можно, например, получить, посеребрив изнутри стеклянную трубку и процарапав затем в серебряном слое спиральную борозду. Затем серебряный слой может быть очувствлен цезием. Буквой АГ0 на фиг. 2 обозначен фотокатод, присоединенный к начальному (верхнему) витку соленоида I. На фотокатод падает луч света от светильника И. L - соленоид, возбуждающий высокочастотное поле. Напрям ение высокой частоты по/чводится к его зажимам X. Полезная нагрузка Z, как и в предыдущем случае, включена между анодом А и последним (нижним) витком соленоида. Действие изображенного на фиг. 2 устройства совершенно аналогично действию вышеописанного прибора фиг. 1. Во вре.мя положительных полупериодов возбуждающего напряжения высокой частоты, когда в соленоиде потенциал нижнего витка, приключённого к нагрузке, более положителен, чем потенциал фотокатода Кф, вырванные из последнего под действием света электроны, последовательно отражаясь от различных витков соленоида /, приходят на анод А в виде во много раз усиленного электронного потока. Как и в предыдущей схеме, здесь применена вспомогательная батарея БО , подающая плюс на анод.

В некоторых случаях для улучшения действия предлагаемого устройства может оказаться целесообразным выполнить соленоид с большой вторичной эмиссией не из проводника круглого или плоского сечения, а из проводника, имеющего какое-либо специальное, например, корытообразное сечение. В непосредственной близости соленоида силовые линии электрического поля сильно искривлены, причем форма этого поля всецело зависит от формы проводников соленоида. Рационально поэтому придать проводнику соленоида такую форму, чтобы электронные потоки ударялись в те части витков, на которых наиболее сильно ускоряющее поле, благоприятствующее выходу вторичных электронов. Для этого может быть применена показанная на фиг. 4 корытообразная форма соленоидного проводника. На фиг. 4 также представлена несколько измененная схема питания устройства. Нагрузка включается между послелним витком и анодом посредством разделительного конденсатора С. Напряжение же батареи Б подается через дроссель Др. При такой схеме включения через нагрузку будут проходить только переменные составляющие импульсов анодного тока.

Для повыщения к. п. д. высокочастотного электронного умножителя и увеличения с тдаваемой им мощности может быть применено показанное на фиг. 5 включение, напоминающее схему пущпульного усилителя на электронных лампах. Кривые токов, магнитных потоков и напряжений в схеме фиг. 5 даны на фиг. 6. При такой схеме включения фотокатод 0 помещается на среднем витке соленоида /. Во время одного полупериода напряжения высокой частоты электронный поток будет двигаться, скажем, к правому концу динатронящего соленоида и после многоратных отражений будет воспринят анодом в течение же другого полупериода электронный поток будет двигаться к левому концу, где будет воспринят анодом А. Нагрузка при этом включается посредством трансформатора, имеющего две первичных обмотки, питаемые соответственно двумя анодами. Кривая тока через вторичную обмотку трансформатора обозначена на фиг. 6 буквой /.

Возможно применение предлагаемого устройства не только для малых мощностей, но и для получения мощностей, могущих быть излученными в антенну без предварительного усиления. Понятно, что в этом случае придется конечные витки соленоида выполнять из полого проводника, охлаждаемого проточной водой. Такая конструкция и представлена на фиг. 5. Буквами В и Sg обозначены витки соленоида, выполняемые из полого охлаждаемого проводника.

Предлагаемое устройство может быть применено и для генерирования незатухающих колебаний. С этой целью самый колебальный контур выполняется таким образом, чтобы его сопротивление было отрицательным, благодаря чему раз возникщие колебания будут поддерживаться в контуре неопределенно долгое время. Этого можно достичь, покрыв поверхность одного из элементов контура (самоиндукцию или конденсатор) слоем с больщой вторичной эмиссией электронов и поместив этот элемент в вакууме. Возможные формы выполнения предлагаемого усртойства представлены на фиг. 7 и 8.

На фиг. 7 поверхность соленоида L покрыта слоем с большой вторичной эмиссией. Внутри соленоида помещается решетчатый электрод А, создающий радиальное электрическое поле. Если на концах соленоида имеется некоторая разность потенциалов, то помимо радиального поля внутри соленоида будет существовать еще аксиальное электрическое поле. Поэтому, если из крайнего отрицательного витка соленоида вылетит хотя бы один электрон,то он, последовательно отражаясь от витков соленоида, в виде все усиливающегося

)pkMt)rd потока полетит по направлению к п6ло: йительному концу соленоида. Отразившись от последнего витка, электронный поток попадет на анод. При этом в контуре будет передаваться энергия от источника постоянного тока б, так как ток будет между анодом и тем из витков соленоида, потенциал которого меньше всего разнится от потенциала анода. Во время следующего полупериода электронный поток будет двигаться к другому концу соленоида и вновь будет собираться анодом. Таким образом в контуре будут все время поддерживаться незатухающие колебания.

На фиг: 8 изображен вариант предлагаемого устройства: В этом варианте слоем с втЬричной эмиссией покрыты поверхности конденсатора контура. Напряжение питающей батареи .5 прикладывается, как и в предыдущей схеме, между рещетчатьш электродом А и какой-либо точкой катушки самоиндукции L.

Можно, наконец, выполнить колебателт ный контур в виде системы с распределенными постоянными, например, натянуть фидерную линию из проводов, покрытых слоем вещества с большой вторичной- эмиссией, а между этими проводами расположить вспомогательный провод, на который подать положительное напряжение от источника пйтанй я.

Предмет изобретения.

1.Вторично - электронное усилительное устройство для осуществления способа по авторскому свидетельству Кб 457В5, отличающееся тем, что электроды, дающие вторичную эмиссию, выпрлненьг в виде соленоида равномерной проводимости, в котором индуктируется переменная э. д. с. высокой частоты при помощи коаксиально надето и катушки, питаемой соответствующим генератором, или при помощи включения соленоида в контур катодного генератора.

2.Форма выполнения устройства по п. 1, отличающаяся тем, что соленоидный электрод выполнен в виде трубки, охлаждаемой водой.

3.Видоизменение устройства по йп. 1 и 2, отличающееся тем, что подлежащий усилению электронный поток направляется на средний виток соленоида, а з силенная мопшость передается нагрузке посредством трансформатора, имеющего две первичных обмотки, включенные крайними витками соленоида и анодами.

4.Форма выполнения устройства по п. 1, с целью использования его для генерирования незатухающих электрических колебаний, отличающаяся тем, что катушка самоиндукции колебательного контура или конденсатор или оба эти элемента вместе покрыты веществом с большой вторичной электронной эмиссией и помещены в эвакуированный сосуд, причем между какойлибо точкой катушки самоиндукции и помещенным в эвакуированном сосуде электродом А приложено напряжение источника питания.

5.Форма выполнения устройства по п. 4, отличающаяся применением в качестве самоиндукции колебательного контура соленоида с вторичной эмиссией, внутри которого или вблизи его концов помещен электрод А.

6.Форма выполнения устройства по п. 4, Отличающаяся тем, что в качестве конденсатора колебательного контура применены две пластины с вторичной эмиссией, между которыми помещен дырчатый электрод А.

7.Форма выполнения устройства по пп. 4 и 5, отличающаяся тем, что соленоид намотан из провода, имеющего корытообразное или другое сложное сечение для создания электронно-оптической системы, направляющей электроны в наивыгоднейшем направлении.

8.Форма выполнения устройства по п. 4, отличающаяся тем, что конденсатор колебательного контура выполнен в виде двух коаксиальных цилиндров, покрытых веществом с большой вторичной электронной эмиссией на противоположных поверхностях.

9.Форма выполнения устройства по п. 4, отличающаяся тем, что в качестве колебательного контура применена система с распределейными постоянными, наприл{ер, излучающая антенна или фидерная линия. к зависимому авторскому свидетельству Г. И. Бабата №48868

.

Фиг2

/f.

,оИф

П 1 к зависимому

ФигБ.

. LT-vfz

ФигЗ. авторскому свидетельству Г И. Бабата № 48868 зависимому

ДОООуОУхУУУУУУ- Ш

Фиг 8.

ФИГ5. авторскому свидетельству Г. И. Бабата № 48868