ГЕНЕРАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ Советский патент 1941 года по МПК H03B7/02 

Предметом настоящего изобретения является генератор электрических колебаний типа Фарнсворта, в котором в качестве резонансного контура применен металлический эвакуированный баллон; внутри последнего помещены два холодных электрода, эмитирующие вторичные электроны и расположенные симметрично по отношению к аноду, выполненному в виде кольца или сетки.

Работа такого генератора поясняется фиг. 1 чертежа, на которой изображена схема последнего. На фиг. 1 показана трубка, у которой в эвакуированном баллоне Е находится центральный анод А в виде кольца и два холодных катода С и С¹, расположенные симметрично по отношению к аноду А. Катоды С и С¹ специально проектируются для получения большой эмиссии вторичных электронов при бомбардировке их другими электронами. Катоды С и С¹ присоединены к зажимам резонансного контура R, самоиндукция которого своей средней точкой соединена с батареей В, поддерживающей на аноде А положительный потенциал по отношению к катодам С и С¹. Катушка М окружает баллон Е для получения магнитного поля, перпендикулярного к плоскости анода.

При работе такого генератора (двойного резонанса) свободные электроны, полученные тем или иным известными способами, будут получать ускорение по направлению к аноду А. Допустим, что эти электроны начинают движение от положения, близкого к поверхности катода С. Тогда их путь будет лежать вдоль направления магнитных силовых линий к катоду С¹, причем они будут предохраняться полем от попадания на кольцеобразный анод А. Электроны будут проходить через отверстие анода А, после чего их скорость будет уменьшаться до тех пор, пока им удастся или не удастся достигнуть катода С¹, в соответствии с чем потенциал катода С¹ будет положительным или отрицательным. Время, требующееся для пролета электрона от катода С до катода С¹, определяется геометрией трубки и напряжением батареи В. Допустим, что это время равно одной стомиллионной доле секунды и что катоды С и С¹ возбуждены противофазно, либо ударным возбуждением настроенного контура, либо с помощью постороннего источника переменного напряжения, связанного с контуром R, частота которого - пятьдесят миллионов герц, амплитудой в пятьдесят вольт на каждом катоде. Допустим еще, что электрон достигает катода С¹ в момент, когда потенциал на катоде С¹ положителен и составляет около пятидесяти вольт; тогда удар электрона о катод С¹ выбьет несколько вторичных электронов, которые пойдут назад по направлению к катоду С, куда они придут за полпериода частоты в пятьдесят мегациклов, т.е. когда катод С станет положительным, и здесь они выбьют еще большее количество электронов, которые будут повторять процесс дальше. Этот возрастающий процесс будет продолжаться до тех пор, пока пространство между электродами не будет содержать такое плотное облачко электронов, колеблющихся взад и вперед, что, несмотря на наличие магнитного поля, некоторые из электронов будут вытолкнуты на анод А и равновесие установится тогда, когда среднее число электронов, попадающих на анод, станет равно увеличению электронов за счет вторичной эмиссии обоих электродов С и С¹. Когда один из холодных катодов С и С¹ положителен, он теряет электроны, которые образуют ток между электродами и резонансным контуром, противоположный по направлению току, который был бы, если бы пространство внутри трубки обладало проводимостью обыкновенного типа. Другими словами, электроды С и С¹ имеют отрицательную проводимость по отношению к зажимам резонансного контура.

В результате этого энергия отбирается не трубкой от резонансного контура, а контуром от трубки. Отсюда следует, что настроенный контур, показанный на фиг. 1, с достаточной амплитудой, возбужденный на собственной частоте, будет продолжать генерировать, если энергия, отбираемая им от трубки, больше, нежели энергия, рассеянная на собственном сопротивлении, т.е. если средняя отрицательная проводимость трубки между катодами С и С¹ превосходит положительную проводимость настроенного контура при резонансной частоте. Очевидно, что для получения колебания напряжение батареи В должно быть подобрано так, чтобы частота электронных колебаний трубки была равна собственной частоте настроенного контура R и из этих соображений такой генератор назван двойным резонансным устройством. Подобно этому, в данном описании электроды С и С¹, обладающие отрицательным сопротивлением благодаря вторичной эмиссии, называются динодами, следуя терминологии А. Хэлла, который первый осуществил отрицательную проводимость, используя вторичную эмиссию.

Как уже указывалось выше, согласно изобретению, резонансный контур заменяется контуром в виде металлического эвакуированного баллона, имеющего распределенную самоиндукцию и емкость. Этот контур снабжается двумя внутренними трубками или цилиндрами, у которых передние поверхности обработаны для динатронного действия.

Фиг. 2, 3, 4 и 5 показывают различные варианты изобретения, поясненного фиг. 1.

На фиг. 2 и 3 показаны генераторы двойного резонанса, действующие в соответствии с принципиальной схемой, приведенной на фиг. 1. На фиг. 2 генераторный контур представляет собой металлический эвакуированный шар, имеющий внутри трубки Т и Т¹, у которых внутренние выступающие к центру стороны С и С¹, действующие как катоды или динатронящие поверхности, расположены симметрично по отношению к центральному аноду А, имеющему форму кольца. Эти поверхности обработаны или специально спроектированы для излучения множества вторичных электронов при бомбардировке их другими электронами. Путь для электрических колебаний тогда будет от конца трубки внутри шара (скажем трубки Т) наружу к сфере, кругом сферы и обратно к концу другой трубки Т¹ внутри сферы. Концы этих трубок образуют динатронящие поверхности для электронного разряда точно так, как показано на фиг. 1. Аналогично, как на фиг. 1, кольцевой собирающий анод А поддерживается под высоким положительным потенциалом при помощи батареи В и выводится наружу из сферы при помощи стеклянного впая F в металле. Этот впай находится в плоскости кольца, каковая является плоскостью нулевого потенциала высокой частоты на сфере. Отрицательный конец батареи В присоединен в точке на этой плоскости на сфере, предпочтительно ближе к впаю F. Заземление показано на небольшом расстоянии от нулевой плоскости в целях упрощения чертежа, хотя в практике оно всегда помещается сразу за впаем F.

Внутри пустотелых трубок помещены стержни с высокой магнитной проницаемостью, образующие полюсные наконечники N и S для получения магнитного поля. Вместо них, при желании, может быть использован постоянный магнит. В том или другом случаях, требуемое магнитное поле между динодами С и С¹ должно быть параллельно оси анода А, как показано пунктирными линиями. Если желательно иметь колебания четных гармоник, то они могут быть получены применением трансформатора TR. Вдоль сферы здесь не будет большого падения потенциала, так как ограниченное пространство обеспечивает полную нейтрализацию при самых высоких частотах, но здесь имеется еще падение, вызываемое сопротивлением сферы, так что на выходе получится некоторое напряжение. Колебания основной частоты могут быть получены между землей и точкой Р на сфере, лежащей вне плоскости нулевого потенциала. Точка присоединения к сфере выбирается в зависимости от импеданца нагрузки. Уравновешенный выход может быть получен между двумя такими точками с каждой стороны от нейтральной плоскости. Большие напряжения могут быть получены путем присоединения к точкам внутри сферы. Для примера, уравновешенный выход может быть получен между точками Р¹, Р¹ на поверхности трубок Т, Т¹ сферы, симметрично расположенными по отношению к нейтральной плоскости, при помощи лехеровских проводов.

Сфера и цилиндрические трубки Т и Т¹ делаются из металла с малым сопротивлением, например, из меди, и поверхности их, направленные внутрь сферы, делаются полированными, так как они несут наибольшие плотности тока.

На фиг. 3 изображено видоизменение устройства по фиг. 2, причем вместо сферы применен цилиндр D. Магнитное поле может быть осуществлено точно так же, как на фиг. 2, или же намагничивающая обмотка может быть намотана на цилиндр. На этой фигуре приведен другой метод получения четных гармоник, состоящий в непосредственном присоединении к земле и к точке X на проводе, соединяющем анод А с батареей В, причем расстояние точки X от земли зависит от импеданца нагрузки. При высоких частотах этот провод обладает достаточным импеданцем для получения заметной величины падения напряжения.

Для получения основной частоты провод может быть соединен между точкой на нейтральной плоскости и другой точкой снаружи цилиндра, или между симметрично расположенными точками, аналогично способу, описанному по фиг. 2.

Заменой анодного кольца элементом, подобным сетке, как показано на фиг. 4 и 5, магнитное поле может быть исключено.

На фиг. 4 обычное анодное кольцо заменено экраном или перфорированной пластинкой PL и электроды (динатронящие поверхности) С, С¹ окружены предохранительными кольцами GR, GR¹, поддерживаемыми при подходящем потенциале, предпочтительно близко к среднему потенциалу этих электродов, при помощи батареи с регулируемым напряжением VB так, чтобы электрические силовые линии между динодами и экраном PL были существенно параллельными. У анода (экрана) PL площадь отверстия во много раз больше площади сплошной части, так что он будет принимать (до того времени, когда значительный пространственный заряд создается внутри трубки) лишь часть проходящих сквозь него электронов, меньшую, чем отношение увеличения числа электронов при каждом ударе к их числу до удара. Таким образом, если мы рассмотрим определенное число электронов незадолго до удара их о правый электрод С¹, то анод должен принимать число электронов не большее, чем то, на которое увеличилось их количество, когда вторичные электроны пошли обратно через анод; другими словами, число электронов, колеблющихся внутри трубки, не должно возрастать. Наилучшие результаты будут получены при использовании чрезвычайно тонких проволочек для анода и изготовлении отверстий насколько возможно более крупных, без нарушения однородности электрического поля в пространстве между анодом и динатронящими электродами.

В устройстве по фиг. 5 диноды или катоды С, С¹ простираются, как сферические поверхности вокруг небольшой тонкой сетки G, которая может быть выполнена в виде одной проволочки. Пунктирные линии показывают пути электронов, которые не являются параллельными, как в предыдущих случаях.

Свойства устройства по фиг. 5 таковы, что длины путей электронов от одного динатронящего электрода С до другого такого же электрода С¹ приблизительно те же самые, хотя в этих путях имеется широкое разнообразие.

1. Генератор электрических колебаний, в котором для получения незатухающих колебаний использованы - падающая характеристика устройства с двумя холодными электродами, эмитирующими вторичные электроны, и воздействие на поток вторичных электронов магнитным или электрическим полем, отличающийся тем, что в качестве резонансного контура применен металлический эвакуированный баллон, внутри которого помещены два эмитирующих вторичные электроны электрода, расположенные симметрично по отношению к аноду, выполненному в виде кольца или сетки.

2. Форма выполнения генератора по п. 1, отличающаяся тем, что металлический эвакуированный баллон, служащий контуром, выполнен в виде сферы (или цилиндра), внутри которой расположены две цилиндрические трубы, служащие катодами.