Устройство для вторично-электронного усиления

Класс 21 а, 324,К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Зарегистрировано в Бюро изобрепен. Пархоменко. тройство для в но электронного усиления. й 1247, с присоединениемваря 1939 года за Лв 1284, нваря 1941 года,вок от того же т(Е+ 11 ей явлено 13 января 1939 года в НКСвязи за числа за М 1248 и от 31 я Опубликовано 31Предлагаемое устройство предназначено для усиления фотоэлектронных токов или электронного потока, эмитируемого нака,ченным катодом,Для усиления электронных токов в нем использовано явление вторичной эмиссии с поверхности с малой работой выхода, подвергаемой бомбардировке первичными и вторичными электронами, имеющими спиральные или круговые траектории.Для получения таких траекторий в предлагаемом устройстве использованы электроды, между которыми приложено пульсирующее электрическое поле, выполненные в форме полуцилиндров, помещенных в постоянное магнитное поле,Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что к одному электроду или более прикреплены сетки с активированным, имеющим малую работу выхода, слоем, которые являются поверхностями, многократно эмитирующими вторичные электроны.Одна из модификаций предлагаемого устройства для вторично-электронного усиления изображена на фиг, 1. Здесь 1 и 2 в закрыт полуцилиндрические элек. троды. К электроду 1 прикрепляются эмитирующая поверхность, сетка и жалюзи. К электроду 2 прикрепляется пластинка,сооирающая электроны (коллектор). Между электродами задается постоянное напряжение одновременно с переменным высокочастотным напряжением таким образом, чтобы в результате напряжение между электродами имело форму, показанную на фиг. 2.Положительный потенциал должен быть на электроде с коллектором. Устройство помещается в магнитное поле, направленное параллельно его оси (перпендикулярно к плоскости чертежа). Магнитное поле может быть образовано магнитом, электромагнитом и,чи соленоидом,Если устройство предназначено для усиления фототока, то в электроде 1 делается окошко, чтобы луч света попал нз край эмитирующей поверхности (фиг, 1). Магнитное поле должно быть по величине таким, чтобы фотоэлектроны, получив скорость в зазоре между злектродами, равную Е+ Ъ вольт, загнулись по радиусу 7 с,.Его величина может быть рассчитана из выражения: Пролетев полуокружность радиуса Яфогоэлектроны, получив за счет наличияпеременного напряжения в зазоре между электродами небольшую дополнительную скорость, вторую полуокружность, при тех же прочих условиях, пролетят по несколько большему радиусу й и попадут на эмитирующую поверхность в ином месте, Вторичные электроны послелую. щих циклов будут совершать такие же пути по двум радиусам, смещаясь все время в одну сторону до тех пор, пока не будут собраны коллектором. Скорость электронов, попадающих на эмитирующуюповерхность, равна удвоенной амплитудепеременного напряжения:СI=(Е+ 3/)+(Ъ - Е) = 2 ГЧастота переменного напряжения должна быть такой, чтобы за олин периодэлектроны совершали один цикл.еН2-,.пОбщее усиление устройства зависит отамплитуды переменного напряжения, т. е,от скорости падающих электронови от постоянного напряжения, т. е, ,от числа циклов (умножения), От изменения магнитного поля в широких пределах усиление не должно зависеть, таккак с увеличением напряжения поля уменьшаются радиусы, увеличивается числоумножений на единицу ллины эмитора,но используемая часть последнего соответственно уменьшается. С уменьшениемже напряжения магнитного поля нижекритического значения усиление должносразу прекратиться,Для лучшего отсасывания вторичныхэлектронов можно сделать сетку на электроде 2, но настолько редкую, чтобыможно было пренебречь электронами,попадающими на нее.В то время, как вторичные электроныобразуются, отсасываются и, следовательно, получают скорость, при первомпрохождении щели между электродамивсегда равную Е+ 1, первичные фотоэлектроны в течение большей части периода переменного напряжения отсасываются и получают различные скорости,Однако в число усиливаемых электроновпопадут только те, которые получат скорость, большую 2 Е вольт,У)(Е+ У) - (1" - Е) =2 ЕЭлектроны со скоростью, равной 2 Е,не получат приращения скорости при вторичном прохождении щели и замкнутся в круг. Электроны же со скоростями, меньшими 2 Е, совсем не попадут на эмитор. Таким образом, фотоэлектроны, сильно отличающиеся как по скорости, так, следовательно, и по фазе от фото- электронов со скоростью, равной 2 У, автоматически отфильтровываются,Первоисточником могут быть термоэлектроны, для чего близ центра и эми. тирующей поверхности параллельно оси прибора помещается накативаемая нить,На фиг. 3 изображена другая молификация предложенного устройства. Здесь 1 и 2 в так закрытые полуциликдрические электроды. К обоим электродам прикрепляются динатронящие сетки или жалюзи. Между электролами задается переменное высокочастотное напряжение, Постоянное же напряжение задается между двумя частями 3 и 4 разрезного электрода 2, Отношение радиуса к длине электродов таково, что в пространстве разрезанного электрода созлается достаточно равномерное распределение эквипотенциальных поверхностей вдоль всего электрода. Устройство помещается в магнитное поле, параллельное оси. Первичные электроны, совершив полуокружность радиуса, равного, примерно, половине радиуса электрода, попадают на динатроняшую поверхность, вторичные электроны которой движутся по второй такой же полуокружности и т, д, Электронный поток, смещаясь по оси прибора после ряда усилений, попадает на стенку разрезного электрода. Источник первичных электронов расположен у неразрезного электрода 1. Скорость электронов определяется прохождением одной щели между электродами и поэтому равна амплитуде (в вольтах) переменного напряжения. Частота переменного напряжения, при заданном магнитном поле и постоянном напряжении, должна быть такой, чтобы электроны совершали круг за период.Для лучшего отсасывания электронов можно поместить редкие сетки на открытые участки электродов (против динатроняших поверхностей).Еще одна модификация устройства изображена на фиг, 4. В этой модификации коллектор изолирован от закрытых полуцилиндрических электродов 1 и 2. В зависимости от назначения устройства, коллектор может располагаться в четырехместах, указанных на чертеже буквами КК К, и К 4, Благодаря отделению коллектора от электрода 2, устройство превращается из двухэлектроаного в трехэлектродный прибор, который в некоторой мере можно сравнивать с трехэлектродной катодной лампой. Электрод 1 выполняет роль катода, электрод 2-.роль сетки, а коллектор является анодом на который электроны катода попадают после многократного умножения. При этом, если пользоваться коллектором К то ток будет в фазе с подводимым переменным напряжением. Если же пользоваться коллектором К то ток будет сдвинут по фазе относительно подводимого напряжения на 1 80. В пределах электрода 2 (фиг, 4) промежуточных положений коллектора не может быть, так как невозможно выделить электронный пучок там, где он пересекается с другими пучками, но зато можно расположить коллектор в аналогичных местах электрода 1. В этом случае, чтобы не исказить электрического поля между электродами, коллектор необходимо соединить с электродом 1 через внешнюю цепь с нагрузкой Уа. Напряжения между электродом 1 и коллектором К, или К 4 не будет, но ток иметься будет, так как электроны, получив ускорение, попадут на коллектор со скоростью, равной 2 1 в случае питания по схеме а фиг, 5, В случае питания устройства по схеме б электроны оудут попадать на котлектор К, или Кг со скоростью г Падение напряжения на нагрузке 2., будет в некоторой мере препятствовать току. Таким образом в данном приборе можно разделить цепь напряжения от цепи тока и иметь этот ток совпадающим по фазе и 1 и сдвинутым на 180 относительно подводимого напряжения или гУстройство можно питать либо по схеме а либо по схеме о (фиг, 5). Схема а более проста. При питании по этой схеме, электрон падает на эмитирующую поверхность со скоростью 2 У. Амплитуда переменного напряжения и постоянное смещение Е должны быть порядка 50 - 100 1. Устойчивость устройства не мо. жет быть большой, так как усиление сильно зависит от амплитуды переменного напряжения. Число умножений начального тока гг можно выразить формулой (при заданном магнитном поле):1 - ЕСхема питания б сложна тем, чем для нее необходима выпрямительная лампа, но зато удобнее, так как не требует дополнительного источника напряжения Е, и должна обеспечить устойчивую работу усилителя, Электрон в этом случае падает на эмитирующую поверхность со скоростью с. С 1 едовательно амплитуда переменного напряжения должна быть в два раза выше, чем при схеме а, Практически это не является отрицательным моментом, Зато уменьшение постоянного смещения является положительной стороной. Число умножений начального тока выразится для эгого случая формулой;1 Ци= -2 Е На фиг. 6 показана зависимость и от Е при постоянном У (кривая 1) и зависимость гг от У при постоянных значениях Е (кривые 2 и 3) для практических значений У и Е. Из кривой 1 видно, что Е должно быть порядка 2 - 6 вольт и что от этого постоянного смещения Е сильно зависит усиление. Практически такое напряжение легко иметь стабильным от аккумулятора, От амплитуды переменного напряжения усиление зависит гораздо слабее (кривые 2 и 3), Кроме того подбором соответствующего тока насыщения выпрямительной лампы можно срезать верхушку синусоилального импульса и этим самым окончательно стабилизировать устройство.Устройство с питанием по схеме б можно использовать как усилитель напряжения. Напряжение подлежащее усилени;о, подводится (при помощи конден сатора и дросселей) в разрыв цепи у электрода 2, указанный на фиг, 4 буквой П, Снимается напряжение по желанию с нагрузки Е, или Х" Если нагрузкой является колебательный контур с частотой, равной частоте тока, питающего устройство, то, следовательно, устройство может быть использовано в качестве модулятора ультракоротких волн,Для генераторного режима нет нужды иметь стабильное усиление электронного тока, поэтому следует пользоваться дляпитания схемой а (фиг, 5). В частном случае для генерирования тока частоты, которая необходима для питания устройства, т, е.еН2 г.анеобходимость в постороннем источнике переменного напряжения, вероятно отпадает; с помощью такого устройства, как и с помощью катодной лампы, с соотгетствующей электрической схемой можно возбудить электрические колебания, но только с определенными частотами.Устройство может быть поставлено в такой режим, когда с увеличением смещения между электродами 1 и 2 (положительного или отрицательного в зависимости от схемы питания) усиление будет уменьшаться, Для этого первоисточник электронов нужно расположить ближе к образующей цилиндра и смещение Е сделать больше амплитуды 1 (фиг. 5 а) или смещение Е сделать полокительным (фиг, 56). Тогда электроны, при вторичном прохождении щели между электродами, будут тормозиться и полетят от эмитирующей поверхности в противоположную сторону. Если же первоисточник: электронов расположить в середине эми-тирующей поверхности и сделать дваколлектора, то можно переходить из од-ного режима в другой, изменяя смещениеЕ вокруг значения 1 или изменяя сме-щение Е волизи нулевого значения в обе стороны.Предлагаемое устройство является весьма универсальным с точки зрения получения различных режимов;Для всех случаев первичными электронами могут быть фотоэлектроны илитермоэлектроны.Так как это устройство в некоторой мере сравнимо с катодной лампой, то для уменьшения междуэлектродньх емкостей также можно пользоваться соответствующими экранными сетками.Предмет изобретения,1. Устройство для вторично-электронного усиления фототоков или токов ог накаленного катода по способу фарнсворта, с применением одной поверхности с малой работой выхода и с электродами, между которыми приложено пульсирующее электрическое поле, выполненными в виде помещенных в постоянное магнитное поле полуцилиндров, отл и чающее с я тем, что к одному из полуцилиндров прикреплена сетка, активированная для создания слоя с малой работой выхода, с той целью, чтобы электроны, имеющие круговую или спиральную траекторию, бомбардировали испускающую их поверхность,2. В устройстве по п, 1 применение модулированного напряжения на электродах для полу чения модулированного электронного потока между ними.3. Видоизменение устройства по и. 3, отличающееся тем, что оба полу. цилиндрических электрода снабжены эмитирующими сетками или жалюзной решеткой, причем один из полуцилиндров разрезан и к его половинам приложено постоянное напряжение, а между вторым полуцилиндром и первой парой полуцилиндров приложено переменное напряжение.4. форма выполнения устройства по п, 1, от л и ч а ю ща я с я применением двух или нескольких коллекторных электродов КК, расположенных перед закрывающими полуцилиндры сетками, причем полокение их (коллекторов) опр=- деляет фазу электронного тока относительного питающего напряжения.5. В устройстве по и. и. 1 и 4 применение экранирующих электродов.