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Der Einflu der Sekundremission auf die Rhrenkennlinien.

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737
De?*23.influ.p der Se7sund~~remission
a t r f die Riihrenkennlinien I)
Von Han.s Bittnzann
chlit 22 Figtircn)
I n h n l t s v e r z e i c h u i s : Einleit.ung. - 1. Yteilheitsmessung rnit
Wechselstrom. - 1. I’rinzip der Steilheitsmessung; A. Positive Steilheit :
B. Negative Steilheit. - 2. Versuchsanordnung. -- 11. illlgemeines iiher
die Dynatronkennlinie : l’rimiireniission : Echte Reflesion: Sekundiiremission: Hiickdiffusion. - 111. Feinstrnktur rler Kennlinie. - 1. ,411gemeiner Charakter der UnregelmLBigkeiteu : Abhhgigkeit von den Betriebudaten und einern angelegten Magnetfeld. - 2. Veranderungen
innerhalb der Vakuumriilire. - A. h d e r u n g der Bnodenheschaffenheit
a) EinfluB der Struktnr: b) 1‘:influB des Materials: c) EinfluB der Oberflachenbeschagenheit : Anlagerung vou (;as : Niederschlag von Oxyd :
Niedersclilag von Magnesium. - 8. &derong der Elektrodenanordnnng.
- 3. Versuch einer Erklsrung der ITnrege1m:iBigkeiten. - 4. Praktische
Folgerungen. - %usa~nmenfassung.
Eiuleitung
Bei genauer Untersuchnng von Riihrenkennlinien wnrden
wiederholt systeniatische TJnregelniaBigkeiten gefunden, die sich
iiicht aus der elenientaren Theorie der Vakuumrohren erklaren
lassen. So hatte K a t o durch exnkte Steilheitsniessuug an
Kennlinien ill normaler Verstarkerschaltung gewisse UnregelrnSiBigkeiteii h i schwadl negativer Gitterspunung gefuiiclen z)!
wahrend Y i x t u s 3, solche in der Dynatronkennlinie (Gitier
stark positiv) bei kleinen Anoclenspannungen feststellte. Speziell
die letzteren waren Ton Interesse, da sie der Ausdruck eines
physiknlischen Phanoniens zu sein schieneii ; Si s t u s hatte
~~
~
1) \’on der Siichsischen Hochschule Z U 1)resdt.u zur Erlmgung der
Wurde eines Lfoktor-Ingenieurs genehmigte Dissertation.
2) Kach unveriiffentlichten Untersuchungen im Inet. f. ,Schwacllstromtechnik in Dresden.
3) K. S i x t u s . Ann. d. Phys. 3. Sr.S. 1929.
738
H. Bittmaniz
bereits zwei Erklarungsmoglichkeiten gegeben, daB es sich um
Anregungsspannungen oder um Elektronenbeugung (,,selektive"
Reflesion) handle.
Der Zweck vorliegender Untersuchung war es, diese beiden
Moglichkeiten experimentell zu priifen und die Ursache fur
das Auftreten von UnregelmaiBigkeiten anzugeben. Die umfangreichen Versuche, die dazu notig waren, ergaben gleich zu
Beginn der Untersuchung eine bedeutende Erweiterung des
Problems, indem sich zeigte, daB UnregelmaBigkeiten nicht
nur, wie S i x t u s gefunden hatte, bei Anodenspannungen unter
10 Volt, sondern auch im ganzen Gebiet der eigentlichen
Sekundaremission oberhalb 10 Volt Anodenspannung auftraten.
Um iiber die Ursache der Erscheinung AufschluB zu bekommen, wurde zuerst ihr allgemeiner Charakter und der Einflu6 von ,,auBeren" Lnderungen (Gitterspannung, Magnetfeld)
studiert; sodann war es notig, an der Rohre selbst Veranderungen vorzunehmen. Hierbei hatte eine Anderung der Anodenbeschaffenheit in irgendeiner Weise keinen wesentlichen Einflul3, so da8 beide von S is t u s vorgeschlagenen Erklarungsmoglichkeiten fallen gelassen werden mugten. Eine Anderung
der Elektrodenanordnung brachte das den friiheren Versuchen
zufolge unerwartete Ergebnis , daB die diskontinuierliche Anordnung eines ,,GittersLLdas Entstehen von UnregelmaBigkeiten
bewirkt, daB also deren Natur rein geometrisch ist.
I. Steilheitsmessnng mit Wechselstrom
1. Prinzip der Steilheitsmessung
Die Einzelheiten eines Kurvenverlaufs konnen besonders
klar erkannt werden, aenn in jedem Punkt der Kurve die
Funktionsanderung, also der Differentialquotient, bzw. die
Tangente an die Kurve hekannt ist. Handelt es sich speziell
bei Elektronenrohren um die Kenntnis von irgendwelchen
Rohrencharakteristiken, wo also ein Strom J in Funktion einer
Spannung P aufgenommen wird, so kann der Ausdruck fur
die Funktionsanderung
aJ
s =aY
7
- unter dem Namen ,,Steilheit" bekannt - wie aus der
Definition sofort hervorgeht, als rezjproker Wert eines Widerstandes aufgefaBt werden.
Einflup der Sekundaremission auf die Rohrenkennlinien
739
A. P o s i t i v e S t e i l h e i t
S u f diese Tatsache gestiitzt hat bereits B a r k h a u s e n ?
eine Methode zur Messung der Steilheit entwickelt, bei welcher
in einer gewiihnlichen Wheatestoneschen Briicke mit IVechselstrom ein Widerstand, der dem reziproken Wert der Steilheit
entspricht, abgeglichen wird. Das Prinzip der Schaltung ist
aus nachstehender Skizze zu ersehen (Fig. 1). Fur Schweigen
des Telephons gilt:
3P
__
a J : R, = Q : b
oder da
Ds in Elektronenrijhren Spannung und Strom in Phase
sind? konnen a , b und R, rein Ohmsche Widerstiinde sein.
3
--f
Fig. 2
Fig. 1
B. N e g a t i v e S t e i l h e i t
1st die Charakteristik in einer speziellen Schaltung
(Dynatron, Magnetron) fallend, so scheint die Methode zuniichst
ohne weiteres nicht anwendbar? da die abzugleichende Steilheit
negativ wird, also fur Gleichgewicht auch a. 2, oder R, negativ
werden miiBte. Einen positiven Zusatzw7iderstand init der
1) H. B a r k h a n s e n , Jahrb. d.
drahtl. Telegr. 14. S. 36. 1019.
H. Bittmann
740
Rohre in Reihe zu schalten, erscheint zwar moglich, besonders
aber bei kleinen Steilheiten; lungenau. Eine vie1 einfachere
und genauere Methode lieB- sich aus folgender fjberlegung
entwickeln: ein negativer Widerstand bedeutet fur Wechselstrom im Grunde genommen nichts anderes als eine Phasenverschiebung von 180 O zwi,schen Strom und Spannung. Die
gleiche Phasenverschiebung laBt sich entweder durch Verwendul;g einer Induktivitat und einer Kapazitat in zwei nebeneinander liegenden oder durch je eine Kapazitat in zwei gegeniiberliegenden Zweigen erreichen. Von diesen beiden Moglichkeiten wurde der letzteren der Vorzug gegeben. Das Schema
ist in Fig. 2 dargestellt. Fur Briickengleichgewicht gilt:
I S- I
I
.
R,
* 0'
- C C, .
Man kann das Gleichgewicht entweder durch Verlndern
des Widerstandes oder eines der beiden Kondensatoren herstellen.
Fur Schaltungen mit negativer Steilheit besteht die Gefahr
der Selbsterregung von Schwingungen in der Rohre, die die
Charakteristik verzerren. Da Selbsterregung erst eintritt,
ist (Q < 0 bedeutet den negativen Widerwenn lQl<m
stand l/S-), so vermeidet man am besten moglichst alle Induktivitaten; aus diesem Grunde ist die Abgleichung mittels
zweier Kapazitaten der erwahnten Methode mit Induktivitat
und Kapazitat vorzuziehen. Es mu6 ferner, damit die Charakteristik in allen ihren Teilen stabil ist, die Bedingung I p I > R
erfiillt sein, wenn R der YiuBere Widerstand im Schaltkreis
der Rohre ist.
2. Versuchsanordnung
Die Briicke war folgenderma6en dimensioniert: a) fur
positive Steilheit: a = 1000 9, b = 10 9, dnher
S
=
1
--.
R,
1
1 j Q = --.
l o 4 pAmp./Volt;
b) fiir negative Steilheit:
w = 5000 Hz, daher
S - = 1,883 .
Rl
R,
=
10000 9 , C, = 6100 cm,
Ccm ,uAmp./Volt .
EinjluB der Sekundtiremission auf d i e Rbhrenhnlinien
741
Gleich- und Wechselstrom konnen auBerhalb der Rohre
nicht getrennt werden, da der Gleichstromkreis fur den
Wechselstrom einen NebenschluB zur Rohre bilden wiirde; die
Gleichstrombatterie liegt daher im Bruckenzweig 12 (Figg: 1.
und 2), sie bildet fur den Wechselstrom einen vernachlassigbaren Widerstand. Der Gleichstromweg ist in Figg. 1 und 2
durch Pfeile angedeutet ; bei positiver Steilheitsmessung kann
der Gleichstrom durch einen Kondensator Ton 2 p F vom
Telephon ferngehalten werden.
Zwecks genauer Kenntnis der Gleichspannung an der
Rohre mu6 der Gleichstromspannungsabfall berechnet werden,
da eine direkte Messung mit Voltmeter das Briickengleichgewicht storen wiirde. Im Falle Fig. 2 ist es aus diesern
Grunde besser, den Widerstand R, konstant zu lassen, da
dam durch die Abgleichung die Gleichstromverhaltnisse nicht
geandert werden. Der Spannungsabfall ist bei positiver Steilheitsmessung J a, bei negativer Steilheitsmessung J R, (da
die ubertragerwiderstande im Vergleich zu den Briickenwiderstanden zu vernachlassigen sind). Eine genaue Messung der
Gleichspannung (und des Spannungsabfalles , also des Gleichstromes) ist wichtig, da sich die Steilheit oft bei kleinen
Spannungdnderungen urn groBere Betrage andert.
Um geniigend genau abgleichen zu konnen, darf der
Gleichstrom in der Briicke nicht zu klein werden, da sonst
die Steilheiten zu klein, also die Xiderstande zu groB und
den kapazitiven Widerstanden der Znleitungen vergleichbar
werden. -41s untere Grenze ergab sich ein Strom von 10-4 Amp.
Die Amplitude der W-echselspannung muB so klein sein,
daB durch die Uberlagerung keine Verzerrung der Gleichstrorncharakteristik entsteht ; letztere muB innerhalb der Grenzen
der Wechselspannung jeweils geradlinig verlaufen. Mit Rucksioht auf die MeBempfindlichkeit wurde die Amplitude nicht
kleiner als ungefahr 0,l Volt gewahlt.
Den Wechselstrom lieferte ein kleiner Rohrensender
(f = 800 Hz), es ist besonders fur die Messung negativer
Steilheit wichtig, daB die Frequenz konstant bleibt, da sip
dort in die Gleichung fur Briickengleichgewicht quadratisch
eingeht. Die Xinusf ormigkeit wurde durch Vorschalten einer
Drosselkette erreicht, die die Obertone abdanipfte.
-
.
7 42
H . Bittmann
Fur die vollkommene Abgleichung ist es wichtig, einen
eventuell vorhandenen Phasenfehler zu kompensieren. Ein
solcher entsteht durch die Rohrenkapazitat C, ; auBerdem
verursacht die im Briickenzweig 12 liegende Gleichstrombatterie durch ihre Kapazitat eine Phasenverschiebung. Znr
a = 1000 A
b=
10R
R, = 0-105 A
a, = 9000 Jz
C, = 6100 em
C = 0-4000 em
Versuchsanordnung zur Rfessung positiver und negativer Steilheit
Fig. 3
Kompensation beider Fehler diente ein Kondensator Cp' (Figg. 1
und 2), der zwischen 0 und etwa 3000 cm variiert werden
muBte.
Zur Vermeidung des Einflusses von Erdkapazitaten wurde
die Briicke mit einer Hilfsbriicke nach K. W. Wagner1) versehen. Der Ausgleichstrom wurde mittels eines Zweirohrverstarkers verstarkt.
1) K. W. Wagner, E.T.Z. S. 1001. 1911; S. 635. 1912.
Einflufi der S'ekundarewrissiow au.f die Rohrenkennlinien
743
Durch dnwendung dieser Hilfsmittel gelang es, eine
Abstimmgenauigkeit von 2-5 Promille zu erreichen. Die
rollstlndige Schaltung ist aus Fig. 3 au ersehen.
VTie am der Figur ersichtlich ist, \tar es moglich, durch
wenige Handgriffe von positi1 er anf negative Steilheitsmessung
iiberzugehen; es nurde hierbei zu a = 1000 Q ein Widerstand a, = 9000 Q hinzugeschaltet, so daB
12,
=
a + a, = 10000 52.
Die Schaltung kann dazu benutzt werden, Snoden-,
Gitter- oder Emissionssteilheiten zu messen. Die h o d e n -
a J,
steilheit sei nach Uefinition Sn = ~
aP a
- analog
,
die Gitter-
steilheit ,YB = a J'' ; unter Emissionssteilheit sei der Susdruck
a P*
verstanden :
~
Die gemessenen Steilheiten waren in der Xegel von der
GrOBenordnung
+ 0,l + 200 ,uAmp./Volt
bzw. - 0,2 t - 4 ,uAmp./Volt.
11. Allgemeines iiber die Dynatronkennlinis
Bevor nun mit der entwickelten Methode die Feinstruktur
der Rohrenkennlinien bei Suftreten von Sekundaremission untersucht wird, soll das Wesen der Sekundaremission kurz besprochen
und der Begriff genauer definiert werden.
Wahrend mit Primaremission stets die ron der Kathode
ausgehende Elektronenmenge bezeichnet wird, soll zunachst
ganz allgemein unter Sekundaremission jede von andern Elektroden ausgehende Emission verstanden sein, die direkt oder
indirekt mit dem Bestehen der Priluareinission verkniipft ist,
d. h. durch ein Auftreffen der Primarelektronen auf die betreffende Elektrode hervorgerufen wird. (Durch diese Definition
1) Dieser Ausdruck f u r die h d e r u n g des Emissionsstromes mit
der Anodenspannung unterscheidet sich bei konstanter Gitterspnnnung
von der Steilheit der Emissionskennlinie J, = f (Pat)urn den Faktor 1/D:
a J,
-a-J, - 1 aJ,
da P, = const; a P, = 0 .
a P,,
a p , + D . P,,) D a P,
7
744
H . Bittmann
wird der lichtelektrische Effekt von vornherein ausgeschlossen,
er spielt in Elektronenrohren eine ganzlich vernachlassigbare
Rolle.)
I n ElektronenrBhren macht sich die Sekundaremission
bekanntlich besonders bemerkbar? wenn die Spannung einer
Elektrode (z. B. des Gitters) wesentlich hoher ist als die der
andern Elektrode. Die Erscheinungen, die sich dann nach
auBen hin bemerkbar machen, kommen durch die Uberlagerung
von Primarund Sekundaremission zustande.
1st das Gitter
nuf konstanteni
7h
positivem POtential von z.B.
100 Volt gegen
Kathode
uncl
6)
wachst die Anodenspannung
w
0
700
70
' v;%
von Null an, so
'-47 i kommt der Verlauf der PrimarStrom- und Steilheitskurven
emission (Fig.4a)
bei Primar- nnd Sekundlremission
Fig. 4
durch eine Ubernahme der priinaren Elektronen Toni Gitter zur Anode zustande; das erste
Stuck der Kurve verliiuft wegen der Maxwellschen Geschwindigkeitsverteilung exponentiell. Der dazugehorige Verlauf der Steilheit (Tangente an die Kurve) ist aus Fig. 4 b zu
ersehen.
Bei Auftreten von Sekundaremission in dem allgemeinen
Sinn, wie ihn obige Definition gibt, hat man nach L e n a r d ' )
drei verschiedene Vorgange zu unterscheiden, die sich im
wesentlichen bei rerschiedener Geschwindigkeit der primar
auftreffenden Elektronen abspielen. Da das Quadrat der
I
A
1) P. L e n a r d , Quantitatives iiber Kathodenst.rahlen, Heidelberg,
Abhandl. d. Akad. d. Wiss. 5. 1918; P. L e n a r d u. B e c k e r , Kathodenstrahlen, Handb. d. Exp. Phys. Ed. S I V .
Einjlup der Sekuiidare?nission auf die Rohrennkennlinnien
745
Auftre~~geschwindagke~t
nach tleiu Energiesatz der Anodenspannung direkt proportional ist, ist es plausibel, letztere bei
Untersuchung der Kennlinien als stetige T'nriabla einznfuhren
und die Gitterspannung uber einen Jiurvenverlauf als Parameter
konstant zu halten; die Auodenspannung bildet, daher auch bei
nllen .spatcre?i Messungen st,ets die stetige Variable.
Ein erster Anteil der auf die &inodeauftretfenden Priiiiiirelektronen w i d an der ,1nodenoljerflgclie reflektiert, wobei im
wesentlicheii die optisc.hen Gesetze gelten ; diese Erscheinung
hei6t ,,echte Reflexion". Sie tritt bei kleineii I'rimairgesc,hwindigkeiten besonders hervor! zwischen 5- 10 Volt, Anodenspannung
h a t sie ein Maximuui. ( G e h r t s l ) fintlet. dab bei etwa 6 Volt,
70 Proz. der auftreffenden Elektronen reflelrtiert \verden konnen.)
Hei den meisten Elektronenrijhren cerursacht die echte
Reflexion in der Stroniknrve zwischeu 5-1 0 Volt eine ?Cusbuchtung, \vie sie in Fig. 4 a angegeben ist. Die Steilheitsmessung xeigt die Erscheinung vie1 deutlicher (Fig. 4b), indem
ein schrtrfes Minimum mit darauffolgendem Maximuni zu beobachten ist; h i manchen Rohren fiillt das Minimuin sogar in
das Gebiet negativer Steilheit, das positive Maximum ist dagegen
meist nicht sehr deutlich! da bereits Sekundiiremission einsetzt,
wie gleich noch besprochen werden soll.
Ein xzoeiter iuit groBer werdender Anodenspannung wachsender Bnteil der auf die anode auftreffenden Priiniirelektronen
dringt in diese ein und lost dort neue Elektronen aus, die die
Anode iiiit sehr geringen Geschwindigkeiten (2- 6 Volt im Mittel)
verlassen und clurch die Gitterspannung eine Beschleunigung
erhalt,en. Die E'orschung hat ergeben, daB zur Suslosung dieser
eigentlichen ,,sekundaren" Elektronen eine Auftreffgeschwindigkeit von uiindestens etwa 10 Volt notig ist, da6 dann aber ihre
Zahl stark anwatchst., so daB die echte Reflexion oberhalb 10Volt
gegeniiber der Sekundiiremission zu vernachlassigen ist. Die
Zahl der Sekundiirelektronen erreicht erst bei 4-700 Volt,
Primargeschwindigkeit ein flaches Maximum, a.ber auch bei so
grogen Auftreffgescha-indigkeiten ist ihre Geschwindigkeit etwa
10 Volt, so daB eine Trennung ron der echten Reflexion, die.
ohne Geschwindigkeit,sverlust vor sich geht. moglich wird.
1) A. ( ; e l i r t s . Ann. d. Phys. 36. S. 9!)5. 1911.
Annalen der P h j sik. 5. Folge.
$.
l!i
H. Bittmann
746
Die Sekundaremission bewirkt bei Elektronenrohren bei
hoher Gitterspannung den bekannten Stromabfall oberhalb etwa
10 Volt (Kurve J,, in Fig. 4a). Bei der Anodenspannung
Pa Pgkommt es zu einer Ubernahme der Sekundarelektronen
vom Gitter zur Anode, da sie wegen ihrer kleinen Eigengeschwindigkeit nur gegen geringe Gegenspannungen anlaufen
konnen. Die entsprechende Steilheitskurve S,,, die in Fig. 4 b
dargestellt ist, fallt von 10 Volt an steil ab und wird negativ;
sie bleibt es bis zu einer zweiten Nullstelle, die um 20-30 Volt
tiefer als die Gitterspannung liegt. Infolge der erwanten
sekundiiren fibernahme wird sie dann aber wieder positiv,
durchlauft ein Maximum bei Pa Pg und geht nun asymptotisch
gegen Null.
Die Ordinatendifferenz zwischen dem Primarstrom J , und
Clem im AuBenkreis meBbaren Totalstrom J,, einer bestimmten
Primargeschwindigkeit gibt die Anzahl der Sekundarelektronen.
I n der Steilheitskurve, die durch Differentiation aus der Stromkurve hervorging , wid die Anzahl durch den Flacheninhalt
zwischen den Kurven S, und S,,bis zu einer bestimmten
Ordinate dargestellt.
L e n a r d l) unterscheidet endlich ein drittes Phanomen, die
sogenannte Riickdiffusion, xobei es sich um Primarelektronen
handelt, die ins Metal1 eindringen, aber nach einer Reihe von
ZusammenstoBen so abgelenkt werden, daB sie riickwarts wieder
a n die Oberflache gelangen. Riickdiffundierte Elektronen treten
jedoch nur bei hohen Buftreftgeschwindigkeiten (iiber 100 Volt)
auf, sie konnten in den folgenden Untersuchungen unberiicksichtigt bleiben.
Nachdem so ein Uberblick iiber die allgemein unter
Sekundaremission zusammengefabten Erscheinungen gegeben
wurde, sollen nun UnregelmaiBigkeiten behandelt werrlen , die
in der Dynatronkennlinie auftreten und erst durch die S n wendung der Steilheitsmethocle kenntlich werden.
-
-
111. Feinstrnktur der Hennlinie
Die Steilheitsmethode eignet sich besonders zur Untersuchung von Kennlinien , da sehr geringfiigige Susbuchtungen
1) P. L e n a r d ,
a. a.
0.
EinfltiP t1e.r ,Sekun,dCiremdssion auf die KShrenken.n.linien 747
nnd VnregelnitiWigkeiteu in der Stroiiikurve in deren Differentialknrve erheblich mehr zum husilruck koiiinien. Ein eini'aches
Reispiel soll dies klar machen:
Eineni Htronianstieg sei in einein gewissen Bereich ein
positiver oder negativer) Zusatzstrom iiberlagert, so daB in cler
Keiiulinie eine Ausbuchtung entsteht. (InFig. 5 ist der ,,Zusaltzstronii: negmtivi.
l)er Steilheitsverlauf cler resultierentlet~lcennliuie (Fig. 5 c),
der durch b x l a g e r u n g cler einzelneii I)iff'e,rent,ixlkurven( a uucl b)
zustancle koninit,.
zeigt tleutlich die
Uberlegenhkit der
Steilheitsmessung
b
C
gegeniiber
einfacher Stroiimes-.
sung. 1)ie K.urven
wiirdeu an eimm
OxydkathodenAusdruck einer UnregelmiiBigkeit
rohr gewoiineii ;
in Stroin- und Steilheitskurve
uiiter Umstiiiiden
Fig. 5
ist der negnti1-e
Zusatzstrom so groM , tlaB er eiii Absinkeu tles resultierenden
Ytromes bewirkt, es gibt dnnii Gebiete, wyo die resnltierende
Steilheit iiegnti\- w i d . Gegen deli ~ngestort~en
Verlauf hin
ergibt sich eiii Ubergang, mo in der Steilheitskurve bloB ein
\Tendepuukt xu erkennen ist, (lei St,iwmkurve ist dann iiberhaupt keine Unregelniatligkeit auzurnerkeu (,Kriinimnngs%nderung).
Die fjberlegenheit der Steilheitsmessnng t.ritt. bei Untersnchung der 1)ynmtronken.nlinie uoch besonders stark hercor,
wenn eine h c l e r u n g des Sekundiirstromes festgestellt werclen
soll, cler sicli dem Primarstroin iiber1agei.t und an sich gegen
diesen oft schon sehr klein ist..
Bei der Aufnahme von Kennlinien haiidelt es sich zuniichst
darum , nioglichst alle storenden Xinfliisse tincl Fehlerquellen
zu eliminieren. Solche konnen durch Rauniladungen und durch
den Heizspannungsabfall hervorgerufen werden. Urn Raumladungseinfliisse auf' ein Minimum zu reduzieren , wurde die
Emission so weit herabgesetzt, als es die Dnrchfiihrung der
/ - /I
i bq
nv
49 *
74.8
H. Bittmanw
Steilheitsmethode erlaubte; der Stroll1 in der Briicke muBte, wie
erwahnt, 0,l mL4 betmgen. Die Messungen wurden mit konstanter Emission yon 0!4 oder 1,0 mA (je nach der Stromverteilung) durchgefuhrt. Ein Unterschied iin Kurrenverlauf
bei verschiedener Emission zeigte sicli nur bei ganz kleinen
Anodenspannungen (Gitterspannung hoch positiv) in der Lage
und GroBe des ersten positiren Steilheitsmaxiinuus, hier hat
offenbar die Raumladungswolke zwischen Anode und Gitter
einen merklichen EinfluB auf die Kennliuie.
Durch das Herabsetzen der Emission und die damit verbundene Unterheizung der Rijhre Tird gleichzeitig auch cler
Spannungsabfall am Heizfaden verringert. Ganz eliminieren
1aBt sich der EinfluB nur bei indirekt geheizten Oxydkathodenrohren, wo nur durch die Geschwindigkeitsverteilung der Elektronen die Spannung nicht genau definiert ist. Die Auwendung
eines rotierenden Schalters nach S c h o t t k y bei direkt geheizten Rohren fiihrte nicht zuin Ziel, da die Storungsgerausche
im Telephon, die durch die Unterbrechungen entstehen, trotz
Anwendung aller moglichen Mittel nicht geniigend eliminiert
bzw. gedampft werden konnten. Durch Verwendung von dickem
Wolframdraht als Kathodeninaterial la6t sich der Spannungsabfall etwas herabsetzen; doch konimt man zu einer Grenze!
da bei grogem Querschnitt clurch Oberwiegen der Warmeabgabe
durch Leitung die Emission auf einen kleinen Oberfliichenbereich zusammengedrhgt mird.
1. Allgemeiner Charakter der Unregelmiiaigkeiten; Abhangigkeit
von den Betriebsdaten und einem angelegten Magnetfeld
Wie einleitend erwahnt wurde, hatte bereits S i x t u s 2 ) die
Messung positiver Steilheiten an Kennlinien bei hoher Gitterspannung durchgefiihrt. Er hatte bei indirekt geheizten Oxydkathodenrohren im Gebiete von 0 + 10 Volt Anodenspannung
charakteristische UnregelmaBigkeiten entdeckt uiid zum Teil
untersucht. Mit Hilfe der in1 ersten Teil entwickelten MeBmethode konnte nun auch der fallende Teil der Dynatroncharakteristik, das eigentliche Gebiet der Sekundaremissiou,
1) W. S c h o t t k y , Ann. d. Phys. 44. S. 1011. 1914.
2) K. Sixtus, a. a. 0.
Eanjlulj der ,Yek.1Lndarernissio?1 .ufdie Hohrenkendinien
749
durch Steillieitsiuessung untersuchl werden und es zeigte sich
z u n d i s t hei Osydkathoden, weiters aber bei ganz verschiedenen
Rohreii mit heliebiger Kathode auch im Gebiete von 10-60Volt
eine . h z a h l on Unregelmiifiigkeiten . die dadurch kenntlich
werden. claW die negative Steilheit eine Reihe von Maxima, und
Minima
durchliiuft. -I15 Beispiele seien drei
Rohre
herwusgegriffen, da5
Siemensrohr BF’
(Kathode reines
%‘olfram) und dj(1
Telefuiikenrohre
RE 064 (thorierte
Wolframkathctde)
und REN 1104
(Aq ui poten ti a1osydkathode). Der
Verlauf der Steilheitskurven
ist
aus deli Figg. tja
bis c zii ersehen.
Der Stromverlaaf
und der normalerweise LU erwwrtende Steilheitsverlauf ist in
kleinen Figureu
Steilheitskurveu von 3 technischen Rohren
am Rande der
bei Anftreten von Sekundaremissioii
Bliitter dargeFig-. tja
stellt, tlas jeweils
vergr66ert dargestellte Gebiet ist (lurch Viriralimung kenntlich
gemacht.
Fiir die Uutersuchung wurden zonachst cur Rohren illit
zlilin~rsyrnnietrischeni Aufbau Terwendet. da bei ihneu das
elektrische Feld am genauesten definiert erschien.
UaB die entsprechenden Znsatzstriinie. auf die die Extrerua
echlie8en lassen. wirklicli nnr iu iler Stromverteilung is\\ ischeu
750
H . Bittmann
Steilheitskurven von 3 technischen Rohren
bei Auftreten von Sekundaremission
Fig. 6 b
-
4
3
Steilheitskurven von 3 technischen Rohren
bei Auftreten von Sekundaremission
Fig. 6 c
Einflufl der Sekundiiremission auf die Hohrenkennlinbn
75 1
Emiseionssteilheit nnd Anodensteilheit bei kleiner Gitterspannung
Fig. 7
Steilheitsknrren bei versehiedenen Exemplaren der gleichen Rohrentype
(REN 1104 und 1004)
Fig. 8
Gitter uncl Anode begriindet ~ i ~ l dwurcle
,
durch Messung der
Emissionssteilheit 8 J r/ d Pa erwiesen (,Fig.i).DefinitionsgemaB
bedeutet sie die Zunahnie des Emissionsstroines init wachsender
Anodenspannung und aus cleni vollkoiiinien glatten Verlauf
H. Bittmann
752
ersieht man, daB keinerlei Unregelma,Bigkeiten in der Primaremission auftreten (vgl. Sixtus).’) Ebenso zeigt sich bei Aufnahme der Steilheit der Snodenstromkennlinie bei kleiner
negativer Gitterspannung keine UnregelmaBigkeit im Kurvenverlauf (Fig. 7).
Die Extrema in der Anodensteilheit treten bei verschiedenen
Rohren nicht bei denselben Anodenspannungen auf, bei zwei
Rohren der gleichen Type stimmen sie jedoch fast vollstandig
liberein, wie an vielen Typen festgestellt wurde. In Fig. 8
wurden als Beispiel Kurven, die an verschiedenen Rohren der
Type REN 1104 aufgenommen wurden, znsammengestellt.
Die Abstande zwischen den Maxima und Minima betragen
einige Volt, ein Gesetz iiber ihre Aufeinanderfolge lie8 sich in
keinem Fall aufstellen.
Weiter laBt sich uber die Maxima und Minima folgendes
sagen: Sie sind vollkommen stabil und lassen sich jederzeit
reproduzieren. Als extrem hochfrequente Schwingungen (Barkhausen-Kurzsche Wellen) sind sie nicht erklarbar, da eine
Erdung an beliebigen Punkten der Schaltung keinerlei EinfluB
hat. Ein uberdies vorgenommener Versuch mit Detektor und
Galvanometer blieb ohne Ergebnis. Eine Erklarung der Unregelmai8igkeiten aus Photoemission scheidet, abgesehen von zahlreichen anderen Griinden, allein wegen der GroBe der Zusatzstrome absolut aus.
Mit der Emission verandert sich bloB die GroBe der
Steilheit vollkommen proportional, auch dort, wo die Steilheit
Maxima und Minima durchlhft (Fig. 9).
Eine genauere Messung der Steilheit zeigt, daB bei manchen
Rohren auch im Gebiete der echten Reflexion Abweichungen
vom zu erwartenden Kurvenverlauf (Fig. 4) auftreten. Man
gewinnt hier scheinbar weiteren AufschluB iiber die Natur der
UnregelmaBigkeiten, wenn man die Gitterspannung als Parameter verandert. Die hierbei auftretende Verschiebung der
Extrema kann erstens eine Bnderung der Feldverteilung
zwischen Kathode und Anode (einen Vorgnng im Raum),
zweitens eine Anderung des Buftreffwinkels auf die Anode
(einen Vorgang an der Oberflache) zur Ursache haben. Die
1) I(.S i x t u s , a. a.
0.
Eiilflulj der Sekundaremissioit auf die h'ohrenkennlinien
753
Messungen zeigen, daB in1 Gebiete rchter Reflexion die Unregelmagigkeiten bei direkt geheizten Rohren stark, bei indirekt
geheizten Rohren jedoch fast gar nicht von der GroBe der
Gitterspannung ahhiingig sind.
An Siemensrohren der Type HF. HO und BE, die direkt
geheizt und init Steggittern ansgeriistet sincl, zeigt sich, daB
die Steilheitskurven mehrere Maxima wid Minima aufweisen,
die iu ihrer Lage und Gestalt sehr \ ~ o uder Gitterspannung
abhiingen. Auch ein starkes koaxiales Magnetfeld von etwa
Sbhiingigkeit der Steilheit vom Emissionsstrom
Fig. 9
20 Gauss veriindert den Kurvenverlauf wesentlich. Beide Einfiiisse weisen auf eine Abhiingigkeit von der Elektronenbahn hin.
Davon verschieden sincl UnregelmiiBigkeiten. die, wie bereits
erwahnt. von 8 i x t 11 s an indirekt geheizten Oxydkathodenr6hren (Telef. REN 1004 und 1104) untersucht wurden. Er
stellt fest. da8 zwischen 3 und 9 Volt Auftreffgeschwindigkeit
drei Minima und clrei Naxima anftreten, die in ihrer Lage von
der Gitterspannung unabhiingig und bei Gegenspannnngen bis
zii 3 Volt nierkbar sind.
__
~
1) K. S i x t u s . a. a. 0.
754
H. Bittinann
Im Gebiete der Sekundtiremission zeigten die Untersuchungen, da6 die Lage der Maxima und Minima beziiglich
der Anodenspannung, bei welcher sie auftraten, durch Bu6ere
h d e r u n g e n nbsolut unbeeinfluBbar war. Die vollstandige Unabhangigkeit der Lage von der GroBe der Gitterspannung geht
am besten daraus hervor, dab
luA/v
es miiglich ist,
4
an das Gitter
P=.Z@=~-ZP Gegenspannungen bis zu
4 Volt anzu3
legen
(PS= p a - 41,
2
ohne daB der
Steilheitsver-
geandert wird
(Fig. 10). Erst
bei noch groI
fieren Gegenspannungeu
wird der Steilheitsverlauf
C
=&ZOV
ausgeglichen.
=P,+3*Y
Man kann das
als Bestatigung
dafiir ansehen,
Abhangigkeit
daB die Under Steilheit von der Gitterspannung
regelmafiigFig. 10
keiten durch
Sekundarelektronen hervorgerufen werden, da diese bei einer Eigengeschwindigkeit von etwa 2-4 Volt hochstens gegen ebensolche Gegenspannungen anlaufen konnen.
Auch ein koaxiales Magnetfeld hat auf die UnregelmaOigkeiten des Steilheitsverlaufes keinen EinfluB (Fig. 11). Offenbar
ist die Erscheinung also auch ron der Art der Elektronenbahnen unabhangig.
Einf l i i P der Sekundaremission auf d i e Kokreiikennli?zieii
755
Man Tvird durch die lreicleii elien besprochenen Ergehiiisse
- ISnabhiingigkeit, der Lage der Jlaxinin \-on cler elektrischen
Felclverteilurig in der Riihre (Xnd~riing der (;itterslmiiiungi
und 1-021 der Elektronenba.hn (Anlegen eines Magnetfeldes) zu dein SchluB gefiihrt: daM sich die T-orgiinge, die die T’nregelniiiBigkeiteii
verursachen, unmittelbar an der
Anode abspieleu
miisseii n n d allein
vou cler Auftreffgeschwindigkeit
der Primiirelektronen abhiingen.
u
Der Gedanke an
L4nregungssps~inungen liegt hier
besonders nahe,
umsomehr a.ls
auch die Abstlude
der einzelnen Maxima in iluer -Q‘
GroBenordnung
hnregungsspaiinungsv-erten entsprecheli konnten.l)
Sndererseits kijnnte man.
(1) J,, = 5 A
n ) J,, 0
wie bereits S i x J,,&= 5,6 A
b) J,,, = :.: A
tus, durch aineric) J,,, = .4 A
f , .I,,,
= ti A
kanische UnterEinfluB eines koaxialen Magnetfeldes
suchungen 2, nnd
auf die Steilheitsknrven
die Versnche ron
Fig. 11
7
1) Gegen Anregungsspannungen spricht vielleicht der Urnstand,
daB sich die Steilheit ziemlich allmiihlich iindert, aueh d a m , wenn der
Spannungsabfall sehr klein (RE 064) oder iiherhaupt nicht vorhanden
(REN 1104) ist.
2 1 C. . J . D x v i s s o n 11. L.H. G e r m e r . I’hys. Rev. 30. S. 705. 1927:
H. E. F s r n s w o r t h , Phys. Rev. 33. S. 1068. 192C1.
H . Bittmann
756
R u p p l) angeregt, die UnregelmaBigkeiten durch Elektronenbeugung (,,selektive" Reflexion) zu erklaren versuchen. Um uber
diese Moglichkeiten AufschluB zu bekommen, mufiten Veranderungen an der Rohre selbst vorgenommen werden.
2. Veriinderungen innerhalb der Vakuumrohre
A. An d e r u n g d e r An o d en b e s c h a f f e n h e i t
a) Einflzcfj der Strzcktur
Eine Erklarung der UnregelmaBigkeiten durch Elektronenbeugung erschien von vornherein sehr unwahrscheinlich; es
fand j a stets bei
den untersuchten
Anordnungen ein
Auftreffen der
Primarelektronen
unter untereiuander stark verschiedenen Winkeln
statt, so daB sich
Beugungserscheinungen durch
Strukturverhaltnisse stark verwischen. (Fiir die
Untersuchungen
von Beugungserscheinungen mu6
der
Elektronenstrahl abgeblendet
werden; um aber
d a m bei den geringen
Stromen
Amp.] noch
EinfluB der Struktur des Anodenmetalls
Steilheiten messen
und der Verunreinigung durch Oxydniederschlag zu konnen, mfigte
Fig. 12
die Steilheitsmethode noch wesent-
1) E.Rupp, Ann. d. Phye. 88. S. 773, 801. 1929.
Einjlup der Sekundaremission auj’ die Rijhrenkennlinien
757
lich empfindlicher gemacht werden.) Zur Sicherheit aurden
jedoch Messungen an Rohren ausgefiihrt, deren Aufbau (Verlauf der Primiiremission) uncl ,4nodenmaterial vollkommen
gleich war, bei denen jedoch die Anode einmal aus Nickelblech
(Walzstruktur), einmal aus eineni Geflecht von Nickeldraht
(Faserstruktur) bestand. Der Vergleich wurde einmal an Rohren
mit Oxydknthode (normaleTelefunkentype REX 1104), ein zweites-
ma1 bei gleichem dufbau an Spezialrohren (vgl. S. 762) mit
einer Tolframkathode angestellt. Das Ergebnis zeigt Fig. 12:
die Maxima und Minima liegen durchweg bei den gleichen
Anodenspannungen, ein EinfluS der Struktur ist also nicht
vorhanden. (In das gleiche Blatt sind Kurven mit verschiedenem
Oxyd [v u. VI] gezeichnet, die spater besprochen werden.)
dab die Steilheit
Auffallig ist an diesen Kurven I-IV,
bei Blechanode vie1 starker abfallt als bei Drahtanode, daB
also bei ersterem Aufbau vie1 mehr Sekundarelektronen wirksam
werden als bei letzterem. Die Erklarung ist jedenfalls die,
daB bei netzartiger Anode ziemlich yiele Primarelektronen
zuerst durch die Locher hindurchfliegen uud dann von riickwarts auf die Anode gelangen; die von ihnen ausgelosten
H. Bittmann
758
Sekundarelektronen kommen gro6tenteils wieder an die Anode
auriick (vgl. die Fig. rechts unten in Fig. 12). Die zwischen
Primar- und Seknndarsteilheit liegende Flache, d. h. die Zahl
der wirksamen Sekundarelektronen verhalt sich in den beiden
Fallen etwa wie 4: 1.
Ein EininfiuS cler Struktiw bei gleichem Material mii6te
sich auch zeigen, wenn man den Verlauf der vom Gitter ausgehenden Sekundaremission untersucht, indem man die auf
S. 743 definierte Gittersteilheit IS'B= 3in Bunktion der Gitter-
a pg
spannung bei hoher Anodenspannung aufnimmt. Es ergibt
sich, wie Fig. 13 zeigt, daB die Gittersteilheit ebenfalls Maxima
und Minima durchlauft, die bei der gleichen Rijhrentype in
ihrer Lage vollkommen mit denen in der Snodensteilheit iibereinstimmen. Eine geringe Gesaintverschiebung der Kurven ist
auf eine Kon taktpotentialdifferenz Gitter-Anode zuriickzufiihren.
Bei Untersuchung der Gittersekundaremission konnte auch
der TemperatureinfluB auf die UnregelrnLiBigkeiten studiert
werden, indem ein Spiralgitter durch Stromheizung erwarmt
wurde. Da5 die Zahl der Yekundarelektronen in den Grenzen
yon 3OO-11OO0 K. von der Temperatur unabbangig ist, - ein
Result&, das S i x t u s ' ) gefunden hatte - konnte bestatigt
werden. Daruber hinans ergab sich die vollkommene Unabhangigkeit der UnregelrnitSigkeiten von der Temperatur des
sekundar emittierenden Metalls.
1)) Eijifiufi des Mateiials
Im Verlaufe der Untersuchnngen wurde Tantal, U;olfram,
Molybdan, Nickel und Kupfer als Anodenmaterial verwendet.
Die GroBe der Sekundaremission bleibt im wesentlichen stets
die gleiche. Was die Maxima und Minima in der Steilheit
anbelangt, so lafit sich nicht eine Zuordnung ihrer Lage zu
dem betreffenden hodenmetall angeben. Sie treten stets in
ahnlicher Weise auf und unterliegen allen bisher besprochenen
Eigentiimlichkeiten, sie liegen aber bei verschiedeiier Rohrentype auch bei gleichem Anodenmaterial verschieden (vgl. Fig. 6).
Eine Untersuchung der Materialabhangigkeit wurde ferner
an zwei Spezialrohren (vgl. S. 762) ausgefiihrt, die genau gleichen
I)
K.Sixtus,
a. a.
0.
Einjlup tler ,~cku,idii,.e)n,iss,io)ru u j ilir: Rohre?~ke.nnliizie,ti 759
Aufbau hatten, deren Anode jecloch eiunial aus Xickel~ eiu
andermal ails &.dybd&n bestand. 1III Kurveuverlauf zeigte sicli
gar ke.iu ITiiterschied.
cj
F w f h p ' d e s Ober f l i i d r i t Beschn ffeiilteit
1 )it! \-ersuclie untl Ut,erlegniigc.li, (lit: clazu gefiilirt, linl)eu,
die ~nregelmiiWigkeiten durch '\*orgiinge unmittelbar a11 tler
Anoile zu erkliireu (Xnderung YOU Py. Nagnetfeld). lassen u u u ,
nachdeiii die Cnabhh~gigkeitw u Stl,uktur uncl Mat,erial experinletitell gefunden wurde, iiur no(:li eiue Miigliclikeit,. die
Ersclieinung mit dnregungsspauni~iig~ii
zu erklken, uhlic,h
die, daA sicli :in der _Inode irgendn-elrhe E'remclstoffe niedergescli1:tgen ha1)e.u. (lie eine. Auregiiiig erfalireii. Diese Veriiiutung erscheint, utii so rerlockentler. als sie iiucli die rnerkwiirt~ijie UI~ereinstinimung zwisclicri (kin Verlauf d r r A\uot~enund tler Gittersekund~~remissionerkliren kiinnte.
-11s verunreinigende FremdstoEe :m tlrr Elektroclenol~ertliiche koiniiieu Gasreste ferner VOIJ (ler Kathode hiniibergeclampft3es Material und schliei3lich Slmreii eiiies Getters i n
Ket.rnt:lit. I'ni fiber den Einflull solcher Veruureinigungen
-lufscliluB zii hekomnien, wurclen ausgetlelinte Versuche, gro8tenteils
selbst herpestjellten Rohren. aiisgefiihrt. Die Tersnchsrohren w i d e n anf eiuem normalen QuetschfuB (mit 4-5 Durchfiihrnngen) anfgebaut uucl diesel i n eineii Glnskolbeu eingeschniolzen. Sach sorgfytltiger Keitiigung tles Glases erfo1gt.e
das hust.hmelzen iin cine Hoclirakuiiiiianlage~ die Evakuation
besorgte eiue dreistufige ~ , u e c k s i l l ~ e r d i f f u s i o n s ~\ o~nu ~L~e~y~- e
bold. \-order lllessuug wurcle das Rohr wiilirend etwa 16 Stuncleu
in einem elektrischen Ofen auf 360" ( ? erhitzt.
Zur Vakunnimessung dieute eiu Mac Leodgef5iB9:i~uBerdeiu
wurde clas Va,kunm niitunter nacli cler R.ulicjp-Hausserschen
Methode elektrisch durch Messung des Gitterstronies bestiinnit,.
Beim Kiihlen niit fiiissiger Lnft Tar dns Vakumil stets besser
als 10-" nun Hg (I<lehevaknum).
Eiii eventuelles Ausgliihen iles Anodenblechs wurde entmeder niit F:lektronenbombardeineut
vorgenommen ocler es
wnrden (bei zyliudrisc,her -inode) im h o d e n b l e c h hochfrequente
Wirhelstrijme indnziert und dieses dadnrch zam Gliihen gebracht.
~
H . Bittnaam
760
Gitter wurden normalerweise nicht verwendet. Die Untersuchungen an selbsthergestellten Robren wurden samtlich an.
der Pumpe ausgefuhrt.
Bei Untersuchung des Einflusses von angelagerten Gasen
zeigte sich, daf3 ein in die Rohre neu eingebautes Anodenblech
vor dem Ausgluhen kaum Maxima und Minima im Steilheitsverlauf aufweist (Fig. 14, I). Sowie jedoch das Blech, sei es
i
EinfluB yon angelagertem Gas auf den Verlauf der Steilheitskurven
Fig. 14
nun mit Hochfrequenz oder durch Bombardement, zum Gluhen
gebracht wurde, zeigen sich die an den technischen Rohren
beobachteten Extrema (Fig. 14, 11); es geniigt eine Gluhzeit
von 5 Min., um sie erkennen zu konnen: nach 20 Min. sind
sie deutlich ausgepragt und werden durch weiteres Gliihen
nicht mehr beeinfldt. (Ebenso bewirkt ein intensives und
langes Ausgluhen der Anode eines technischen Rohres keinerlei
Verhnderung im Steilheitsverlauf.
Die Zahl der ausgelosten Sekundarelektronen erweist sich
bei diesen Versuchen als sehr stark vom Entgasungszustand
Einjlup cler Sekundarernisswn auf die Robenkenn linieir
i G1
abhlingig. bpeziell zeigte sich, daB man, uw. eine einigerriiaBen
gut entgaste Oberflache zu erhalten. die Entgasung in mehreren Interrallen unter Einschaltuug von liingereu Pauseu
vornehmen muB.
?;a& denAusfiihrungen auf S. i 4 7 gibt ja die Steilheitsinessung sehr genau Anderungen in cler GroBe der Sekundiiremission n-ieder; nian kann daher den Verlauf der Entgasuug
an Hand der Steilheitskurven beqneni Terfolgen :
Versehiebung der Steilheitskurven
iisch dem Ausgliihen der Anode im Vdkniilt
Fig. 15
Nan erkenut ails Fig. 15, (la6 die Seliundiireiiiission, h e
unmittelbar nach Clem Ausgliihen stets geringer ist als rorher.
sich im T’erlaufe einiger Stunden n-ieder erhoht. Erst nach
einigen Ausgluhungen niihert man sich einem Endzustancl.
Da die Giite des Vakuums hierhei keine wesentliche Rolle
spielt, hat man es offenbar mit Diffusion des absorbierten Gases
an die Metalloberflliche z u tun. Die einzelnen Endkurven
waren stets reproduzierbar nnd wurclen zur Iioutrolle oft
mehrmals gemessen.
Eine nachtragliche Adsorption rou Gasen (Luft. Sauerstoff,
Kasserstoffj hatte auf den Steilheitsverlauf nnr insofern EinfluR.
als das erste Maximum sich nun in der Lage yon der GitterAnnalen der Physik. 5 . Folge. S.
50
762
H. Hillnbann
spannung abhaugig aeigte (Fig. 14, Ill, 1V): allc weitereu
Xaxima blieben unveriindert.
Ein kurzes Erwarmen in Luft (was vielleicht einer Oxyclation gleichkonimt) bewirkte ein starkes relatives Zuriicktreten
der Extrema (Fig. 14, V).
Urn den EinfluB eines Oxydnicderschlages an der Anode
xu untersuchen, geniigte es, anstatt das Oxyd direkt auf die
Anodenoberfliiche aufzubringen , das betreffende Oxyd als
emittierende Kathodenschicht zu verwenden. Die Versuche an
technischen Riihren hatten niimlich gezeigt, daB stets eine
geringe Menge des Kathodenmaterials auf die Anode hiniiberdampft und dort eine Erhohung der Sekundaremission hervorruft (vgl. auch Fig. 12); sie wird bekanntlich auf eine Herabsetzung der Austrittsarbeit des sekundar emittierenden Kih-pers
zuriickgefuhrt, die wieder (lurch die Dipolwirkung des angelagertcn Fremdatorns zustande kommt.') Die Versuche, selbst
eine Oxydkathode herzustellen, scheiterten praktisch daran.
daB es nicht gelang, mit Hilfe des Pasteverfahrens einc geniigend konstante Emission, die fur exakte Steilheitsmessungen
notwendige Voraussetzung ist , zu erhalten. F u r die Versuche
gelangten vielmehr VOD der Osram-Gesellschaft hergestellte
Spezialrohren zur Verwendung, fiir deren fjberlassung ich der
Firma auch an dieser Stelle meinen herzlichsten Dank aussprechen mochte. Uiesc Rohren waren in ihrem Aufbau
siimtlich der Telefunkentypc REK 1104 nachgebildet; die Kathoden bestanden einmal ails reinem Bariumoxyd, ein andermal
aus reinem Strontiumoxyd und aurden indirekt geheizt. AuBerdem standen zum Vergleich Rijhren mit Kathoden aus reinem
Wolfram zur Verfiigung. Von jeder Gattung aurden 4 Exemplare
untersucht. Von dcr Bariurngruppe hatte ein Rohr statt der
Nickelanode eine solche aus Molybdan; der Kurvenverlauf ist
insgesanit um etwa 0,3 Volt versclioben. Sonst sind die allgemeinen Abweichungen aller Rohre untereinander geringfiigig.2)
1) Untersuchungen uber den quantitativen Zusammenhang zwischeu
sekundiirer Ausbeute und Austrittsarbeit wurden in letzter Zelt von
Six t u 8 (a. a. 0.) ausgefuhrt. doch sind die Beziehungea noch niaht endgiiltig klargestellt.
2) Abweichungen zcigen sich bloE bei kleinen Anodenspannungen
betreffs der ,Lage des ersten positiven Steilheitsmaxirnurns.
Einjlup cler Sekundaremissioii auf die Hohrenkennlinien
763
1m Gebiet der echten h'eflexion zeigten die indirekt geheizten Spezialrohren UnregelmiiBigkeiten im Steilheitsverlauf,
die ihrem ('harakter nach den von S i s t u s uncl mir beobachteten
Fig. 6 a, REX 1104) vermandt siud. Die Messungen ergaben
bei siimtlichen Oxydkathodenrijhren ein deutliches Minimum
iincl Maximurn bei 3-6 Volt Anodenspannung, w>ihrend die
heiden ersten Extrelna hauptsiichlich bei der Strontiumgruppe
auftreten.') Die beiden Extrema bei 8 Volt treten nur bei
manchen Rijhren a d , mitunter erst bei kleiner Gitterspannung.
1st die Anode ails Drahtgeflecht. so sind die rnregelmafligkeiteii nur schwach angedeutet. Hei den Vergleichsrohren mit
Wolframkathode sind sie iiberhaupt niclzt vorhanclen. Wiihrencl
rich siimtliche auftretende Extiema iihnlich wie bei den Rijhren
der technisclien Type (REN 1104) bei h d e r u n g der Gitterspannung kauni Terschieben, wurde an eineni Rohr der Strontiumgruppe eine erhebliche Verschiebung gemessen.
l m Gebiete der Sekundarenbissh zeiqt sich. wenn man
von Gesamtverschiebungen durch Kontaktpotentiale absieht,
durchweg der gleiche Steilheitsverlauf. anch die Rohren mit
Wolframkathocle bilden hier keine Busnalinie.
Hinsichtlich cler Gro Be der Sektindiireinission liiBt Fig. 12
erkennen, dnB die 8teilheit hei l'olfrarnkathoden nur wenig,
bei Oxydkathoden ziemlich stark ins Segative sinkt; unter
letzteren ist die GroAe der Seliundiiremissiun j e nach dern
Kathodenmaterial entsprechentl der verschiedeneii Anstrittsarbeit verschietlen.
Uiesen Versuchen zufolge ist also wuch clas a n der Anode
niedergedampfte Kathodenmaterial nicht fiir die UnregelmiiBigkeiteu im Steilheitsverlauf maBgebenc1. Es bleibt nun noch
die Verunreinigung durch ein Gitter ( L . 1%Magnesium) zu unteryuchen. Bci Verdampfung von Magnesium derart, dab es sich
auf der Xnocle niederschlagen kanu. verschwinden die Extrema
fast d l i g (Fig. 16). Das kleine Masirnuni bei 14 Volt in
Kurve TI1 ist sehr durch die Gitterspannung zu beeinflussen.
Hierbei konnte durch nachtriigliches dusgliihen cler Anode
ueuerdings cler einer reinen -hodenoberflFtclie entsprechende
1) Sie sind zwar bei einem der -1 Strontiumrohre nur angedeutet,
wahrend andererseits auch ein Bariumrolir auf eine Unstetigkeit bei
etwa 3,5 Volt hinweist (Fig. 15, IV).
BO*
764
H . Bittiiiann
Steilheitsverlauf hergestellt merden. Auf die Zahl der Sekundiirelektronen hatte der ~~agnesi~unniederschlag
keinen gesetzmaBigen EinfluB.
Weiter wurde festgestellt, daB die Giite des Vakuums auf
GroBe und Lage der Extrema gar keinen EinfluB hat. DaR
auch die Zahl der Sekundarelektronen voin Vakuum zwischen
lo-& und 10-8 mm Hg nicht abhangt l). konnte bestatigt werden.
Bei einem Versuch, die jeweilige Rohrenanordnung in
einen durch Fett abgedichteten Scliliff einzubauen , konnten
Anderung der Steilheitskurven
bei Verunreinigung der Anodenoberfllche durch Magnesiumniederschlag
Fig. 16
nicht Extrema der oben beschriebenen Art erhalten werden;
vielmehr traten ganz unregelmagige, auch zeitlich nicht konstante h d e r u n g e n in der Steilheitskurve auf. Jedenfalls bewirkt
das sich auf der Anode niederschlagende Fett eine Verunreinigung
der Oberfkhe.
Aus all diesen Versuchen uber den EinfluS der Anodenbeschaffenheit ergibt sich zuniichst das negative Ergebnis, da8
1) K u h l e , Dissertation Giittingen 1927.
clie linregelm86igkeiten offenbar wecler dorch Elektronenbeugung
noch aber auch clurch ,~nregnngsspannungen zu erkltiren sind.
Eine Sbhiingigkeit voni Oberfitichenzustand der Anode zeigt
die Erscheinung jedoch insofern als fur das Auftreten der
gitt~rspannungsunabhBngigen Masiiiia eine gewisse Reinheit
der Oberfliiche Toraussetzung iut. Aus den Versnchen geht
ferner hervor, claB in1 Gebiete echter Reflexion Maxima! die
sic11 (lurch Feld- untl Bahnlinderungeu nichh oder fast nicht
1)eeinfinssen lassen ! nur bei indirekt geheizten Oxydkathoden
auftreten; cloch ist clie Folgerung. daR sie daruln nnf den Oxydbelag an cler .%node zuriickzufiihren sincl, nicht iiberzeugend.
Vielmehr scheint die R,egelmSiBigkeit,bei den indirekt geheizteu
Kathoden durch d s s Fehlen des Hcizspannungsabfalles bedingt
zu sein. Dieser wircl offenbar einen Vorgang bei kleinen Anodenspannnngen stark rerwischen ; es wircl j a bei allmiihlicher Erhohung cles Snodenpotentials eiue bestimmte Potentialclifferenz
zwischen Kathode nnd Anode gewisserinaBe,n am Heizclraht
entlang laufen und ein bei dieser Potentialdifferenz auft,retender
Vorgang wird dadurch fiber deli ganzen Spannnngsabfall auseinander gezogen. so dab er linter Uinstanden. nicht mehr
sichtbar ist. Bei reinen T1701framkathoden betrug cler Spannungsabfall 3 -4 Yolt, eine GriiBe, die bei kleinen Anodenspaniiungen stark ins Qewicht fiillt. Den oijbergang zu den
indirekt geheizteu Rohren bilclen direkt geheizte Osydkathoden
mit Heizspannnngsabfallen von 1--2 T’olt.
~
1J. i n c l e r u n g d e r E l e k t r o d e n a n o r d n u n g
lm Verlaufe der Xessungen an technischen Riihren war
es anfgefallen, daB bei Rohren mit nicht zylindrischer Anordnnng die Extrema entweder fast. nicht auftraten (RE 123,
124), oder sich mit h d e r u n g cler Gitterspannung zu anderen
Anodenspannungen verschoben I R E 144). So sollte nun der
EinfluB der geometrischen Anorclnung untersucht werden, obwohl ein solcher den Versuchen mit Magnetfeld und Gitterspannungsanderung zuiolge (Figg. 10 u. 11) nicht zu erwarten
war. Es wurde zuniichst bei einer zylindrischen Anordnung
(RE 064), deren Steilheitsverlauf bekannt war, der Anodenzylincler an zwej. diainetralen Mantellinien aufgeschlitzt und die
eine Halfte entfernt , YO da6 eine unsymmetrische Anordnung
i66
H . lliftmnnn
entstand. Bei neuerlicher Messung ergab sich nun iiberraschenderweise ein ganz vergnderter Kurvencharakter, wobei
keinerlei GesetzmiiiBigkeit mehr festzustellen war (Fig. 17, 1).
Ein Verdampfen von Magnesium derart, daB es sich auf dei.
-4node niederschlagen konnte, hatte nicht wie friiher ein Ver-
SteiIheitskurven bei gestorter Symmetric der Elektrodenanordnung
Fig. 1 7
schwinden der Yuxim:i und Jlininin. sondern eine unregelnili8ige Verhderung des gesainten h'urvenverlaufs zur Folge
(Fig. 17, a).
Die weiteren Untersuchungen wurden an ebenen Anordnungen ausgef iihrt. Hei der bekannten ,,Zaeiplatten"-Anordnung.
wo sich die SteuereIektrode als PIatte auf der anderen Seite
der Kathode befindet (Fig. 18aj, e r h d t nun das eigenartige
Resultat, da6 im Gebiete der Sekundiiremission uberhaupt
keine UnregelmiiAigkeiten im Steilheitsverlauf auftreten (Fig. 19,I).
F u r das Gebiet der echten Reflexion erhalt man das gleiche
Resultat, wenn man eine Oxydkathode, z. B. die Kathode
einer Telefunkenrohre REN 1 1 0 4 in eine Plattenanordnung
einbaut: es zeigt sich der normal xu emartende Verlaut'
(Fig. 4). (Der Abstand der einzelnen Elektroden war j e 2 mm.)
Eiilflufl der Sekundarenaissioii auf die Riilir.eiikeiisilinieir
767
Sowie inan jedoch die Platte! die als Auffangelektrode
tlient und aid hohem Potential Pg ist, durch ein Netz, also
ein r&umlich dis-
Gebilde
treten eine groBe
Anzahl you
6 A
HG A
PG A
6A
N GA
kleinen Unregel- 2
b
C
d
e
maitligkeiten nnf
Ebenr Elcktrodenanordnangeu
Vig. 18
(Fig. 19?11).Hierlrei lag hinter
dem Netz. 11111
,AS
das Feld zu be- '%
-~
grenzen? nodl
8zg40
eine Platte, die
L
=
;
=
=
mit dem Heix'
faden verbunden
1
war (Fig. 181)).
Mit diesel
4. Elektrode kann
man nun weiter
durch allmahliches Erhoheu
ihres Potentials
(Fig. 18c) die LircherdesKetzes gewissermaAen !?zu'
tlecken". indew
man sich j a dlmahlicli dern Potentiallinieuverlauf der Anord1 '
I
nung Fig. 18a nyit
Steilheitskurven
hert und clie ..Inselbildung'. inehr
be1 ebenen Elektrodeuanordnmgen
und inehr nnterFig. 19
ciriickt (Fig. 19,IT).
Man erhalt iihnliche Unregelm%Bigkeiten im Steilheitsverlauf (Fiq. 20. 1).n-enn inan die netzartige Auffangelektrode
~
I !
I
1
‘i6s
H. Hittnmnn
zwischen dew Heizfaden uncl der Anode anbriugt (Fig. 1Sd);
dadurch ist der obergang zur normalen technischen Elektronenrohre gegeben. Um das Feld genaner zu definieren, kann man
wieder eine Hilfselektrode anbringen (Fig. 18c), der man ein
beliebiges Potential erteilt (Fig. 20, 11).
Aus diesen Versuchrr geht eindeutig heruor, dab die beobachteten Uwregelma/$igkeiten d u d die rauvdich diskrete Anordnung der a4ujjungelekfrode und durcli die danaif verbundene
Iiahornogenitiit des FPldes Iieworgerufen werden .
Steilheitskurven bei ebenen Elektrodenanordnnngen
Fig. 20
Andert man das Potential der Buffangelektrode, so verschieben sich bei allen ebenen Anordnungen die UnregelmaBigkeiten derartig, daB z. B. das gleiche Maximum stets bei einem
bestimmten Verhaltnis Pa/Pgliegt (vgl. Fig. 19 21. 20). Es
tritt also stets bei einer bestimmten Potentialverteilung, die
j a durch eine proportionale h d e r u n g aller Potentiale nicht
geandert wird, im Strom eine Zu- bzw. Abnahme auf. DaB
die Erscheinung nicht auf Raumladungseinfliisse zuriickzufiihren
ist, zeigt die gemessene proportionale anderung cler GroBe
der Steilheit mit dem Emmissionsstrom.
Lost man bei ebenen Anordnungen am Gitler Sekundirelektronen a m , so zeigt sich zwar nicht, Tie hei Zylinder-
EirLfluB der Sekundaremissdn auf hie Bohrenkennlinien
769
mordnung, eine vollkommene, aber doch eine sehr weitgehende
Unabhangigkeit Tom Potential der Auffangelektrode (Anode).
Hingegen sind die Estrema bei der Anordnung Fig. 1Se mit
Hilfselektrode sehr von deren Potential abhangig.
Zum Unterschied von Zylinderanordnungen beeinflussen
Xagnetfelder den Steilheitsverlauf hei ebenen Anordnungen
sehr.1) Schon schwache Felder iler GroBenordnung von einigen
Gauss haben eine Verschiehung der Maxima um einige Volt
zur Folge. (Immerhin hat das Erdfeld ron 0,45 Gauss keinen
merklichen EinfluS, was durch I-erandern der Lage der Rohre
im Raum festgestellt wurde.) Starke Felder (40 Gauss) bewirken eine .,Zusamn~enfassung'- der vielen kleinen Maxima
zu wenigen gr6Beren ; ein gesetznd3jger Zusammenhang lieB
&h jedoch nicht feststellen.
Bei der Plattenanordnung Fig. 1 8 2 . mo keine UnregelniaBigkeiten beobachtet wurden. konnen durch starke Magnetfelder solche herrorgernfen werden.
3. Versuch einer Erkliirung der UnregelmiiBigkeiten
Es sol1 nun versucht werden, iiber clas duftreten von UnregelmaBigkeiten i n Verbindung mit einer riiumlich diskreteu
Elektrode eine Vorstellung z u gewinnen ; wegen der geometrischen Beeinffussung spielen offenbar die Elektronenbahnen
eine entscheidende Rolle, mobei speziell die Bedingung, daB
sich stetz eine Elektrocle auf wesentlich hoherem Potential als
die andere befinden muB, den Gedanken eines Bremsfeldes
und einer Umkehr von Elektronen nahegelegt.
Nacht man sich die Vorgange in der Elektronewohre,
die sich bei Dynatronschaltung abspielen. an Hand der ebenen
Anordnung Fig. 18 d, die dafiir am iibersichtlichsten erscheint,
einzeln klar, so ergibt sich folgendes:
Die Primarelektronen verlassen die Kathode uncl werden
clurch das Gitter z. B. auf 100 Volt beschleunigt. Ein Teil
geht ans Gitter, der andere Teil fliegt mehr oder weniger abgelenkt durch das Gitter hindurch auf die Anode zu. Da
1) Bei eineiii Magnetfeld von 60 Gauss und einer Gitterspannung
U,= 80 Volt hatte sich allerdings anch beim BE-Rohr eine Auflosung
der ,,normalen '. zylindrischen Extrema in viele kleine nnd rnsch aufeinsnderfolgende Maxima und Minima gezeigt.
770
H . Bittmann
diese wesentlich geringeres Potential besitzt, erfolgt eine Abbremsung, trotzdem reicht die kinetische Energie aus, uin die
Anode zu erreichen. Die Ablenkung durch das Gitter geniigt
bei der hohen Eigengeschwindigkeit und der immer noch positiv
wirkenden Kraft von der b o d e her offenbar nicht, um eine
Umkehr der Primiirelektronen zu bewirken.
Sekundarelektronen entstehen am Gitter und an der Anode.
Erstere kommen nicht zur W-irkung, da sie nicht gegen das
Gegenfeld anlaufen konnen. Die an der Anode ausgel6sten
SekundPrelektroneu aber werden von ihrer Eigengeschwindigkeit von etwa 2 + 4 Volt auf Pg- Pa beschleunigt, gelangen also.
wenn z. B. Pa = 20 Volt, iriit S2+84 Volt Geschwindigkeit
ans Gitter. Ein Teil wird dort aufgefangen, der Rest geht,
wie friiher die Primiirelektrcnen, durch die Maschen hindurch
und muB nun gegen 100 Volt anlaufen. Bei der Potentiallinie 18 + 16 Volt ist die Energie aufgezehrt, die Sekundarelektronen kehren urn und fliegen wieder auf das Gitter zu.
Es existiert also gewisserniaBen zwischen Heizfaden und Gitter
eine imaginare Kathode, die - je nach der durch das Gitter
hewirkten Aufteilung des Gesamtsekundarstromes in einzelne
Biindel - an bestimmten Stellen raumlich verteilt zu denken
ist. Von diesen diskreten .,Punkten" (die in ihrer Gesamtheit
als imaginiire Kathode I<, bezeichnet werden sollen), werden
Sekundarelektronen znriickgeworfen, die in Richtung der Primarelektronen 0iegen und sich auf Gitter und Anode verteilen.
wobei letztere mit einer Geschwindigkeit von + 2 + 4 Volt
erreicht wird, sofern die Normalkomponente nicht zu grog
geworden ist.
Es ist klar, daB die iinaginare Kathode in ihrer Lage im
Raum sehr von der Potentialverteilung in der Rohre abhangt;
sie wird sich, da sie bei konstanter Gitterspannung ungefahr
auf der der Anode entsprechenden Potentiallinie zwischen
Kathode und Gitter liegt (Fig. 21 a), bei wachsender Anodenspannung dem Gitter nahern. Um jedoch die hierbei beobachtete wiederholte Ab- und Zunahme des Stromes zu einer
Elektrode zu erklaren, miiljte man sich vorstellen, daA sie nicht
allein in Richtung cler Feldlinien , sondern auch senkrecht
dazu eine Bewegung ausfuhrt (so daB fur sie gewissermalSen
der StromT-erteilungsfaktor p gelndert wird). Wodurch aller-
Einflug der Sekundaremissioir auf die Rijhrenkenn2inien
7; 1
dings eine solche Bewegung der imaginlren Kathode hemorgerufen werrlen sollte, ist nicht ganz klar. Denkt man an eine
Ablenkung durch das Gitter beim ersten Durchgang der Sekundarelektronen derart , claB die Ruckkehrelektronen nacheinaudei,
an den einzelneri Gitterstaben vorlwistreicheu (Fig. 21 c). so
steht demgegenuber, daB ja die Elektronen in YerschiedeueiRntfernung von den Gitterstaben verschieden stark abgelenkt
werden, so datl das Biindel mehr oder weniger divergent wird.
Vielleicht kolnmt aber trotzdem ein periodisches Schwanke~r
des Mittelwertes der auftreffenden Ruckkehrelektronen zustande.
Einc rechuerische oder graphische Erfassung des Vorgangeh
ist mit Riicksicht auf die Komplizicrthcit des Potentialfeldeh
nur bei .;ehr weitgehenden Vereinfachungen nioglich, von denell
a
b
-
,wenn 4 wacbst
Andeutung des Verlaufw der Elektronenbahnen von Sekundhelektronen
Fig. 21
man zudem uieist uiclit #eiB, in welchem MaBe sie berechtigt
sind; daher wurde davon Abstand genommen.
Da6 die UnregelmiiBigkeiten sllein durchSekundarelektronen
entstehen. heweisen einerseits die Versuche fiber den Einflull
der Anodenoberflachenbeschaffenheit (Figg. 14, 16 u. 1 7 ) :
andererseits zeigt das Ergelmis Fig. 10, daI3 die Extrema his
zu einer Gegenspannung von 2 e - 4 Volt sichtbar sind, wab
gerade dei. Nigengeschwindigkeit dcr Sekundarelektronen en tspricht.
Die Vorstellung der imaginaren Kathode macht es plausibel.
daB die Maxima uncl Minima um so deutlicher auftreten, je bestimmter das Feld definiert ist. Daraus erklart sich ohne
weiteres der Unterschied zwischcu Fig. 18 uiid 19; in Fig. 19
zeigen aus dem gleichen Grund die Kurven 11(Anordnung Fig. 18ei
regelmM3igeren Verlauf als die Kurvcn I (Fig. 18d), so da6 die
Kurven Fig. 20. IT als der deutlichste Ausdnick der Erscheinnng
H . Bittnaaniz
772
bei ebener Anode angesehen werden mussen. Die UnregelmgBigkeiten entsprechen nach Fig. 5 einer Abnahme im Anodenstrom bei bestimmter Potentialverteilung (das Steilheitsminimum
geht dem Maximum voraus).
Bei Buslosung von Gittersekundarelektronen laufen diese
infolge ihrer Eigengeschwindigkeit oifenbar ein Stuck gegen
das Gegenfeld nach der Kathode zu an und kehren erst dann
urn, urn zuriick zum Gitter oder zur Anode zu gelangen. 1st
clabei das Gitter engmaschig, so hat die Anode fast keinen
EinfluB auf den Kurvenverlauf, wohl aber die Eiilfselektrode
(nach Fig. 18e), die j a die Potentialverteilung zwischen Kathode
und Gitter wesentlich mitbestimmt. Sie hat aus dem gleichen
Grunde auch bei Anodensekundaremission auf den Kurvenverlauf EinfluB, durch xnderung ihres Potentials PH kann
man die Steilheitskurve verschieben und verzerren.
Bei den Kurven der ebenen hnordnungen fallt auf, daB
sie von einer bestimmten Anoclenspannnng an (z. B. Fig. 20, II,
Pg= 100 Volt, von Pa 57 Volt an) bei deren weiterem Anmachsen glatt verlaufen; offenbar liegt dann die imaginare
Kathode bereits so nahe zum Gitter, daB die Sekundarelektronen, die nicht sofort auf das Gitter auftreffen, alle wieder
zur Anode znriickkehren. 1st das Gitter engmaschig, so wird
diese Stelle im Abstand do allein durch das Gitterpotential
bestimmt. D a die imaginare Kathode jedoch durch ein Hilfspotential verschoben wird, so wird der -4bstand do bei negativem PIEbei kleineren, bei positivem PB bei groBeren Anodenspannungen erreicht werden. Mit ciieser nberlegung stimmten
die Versuchsergebnisse iiberein. Daraus erklart sich auch, daB
die UnregelmaBigkeiten in Fig. 20, I1 bei Pg = SO Volt nicht,
mie es bei proportionaler Veriindernng des Verlaufes fur Pg
-
= 100 Volt zu erwarten ware, bei
Pa = 57 .= 45,5 Volt,
100
sondern schon bei Pa = 41 Volt aufhoren: J e hoher die Gitterspannung ist, desto mehr UnregeImaBigkeiten konnen auftreten.
Wendet man sich nun der zylindersymmetrischen Anordnung zu, so ergibt sich bei Beibehaltung des Begriffs der
imaginaren Kathode zunachst, daB diese sich infolge des hier
logarithmischen Potentialanstiegs stets sehr nahe der wirklichen Kathode befinden wird. Die Sekundarelektronen, die
Einf lup der Sekundawwiission auf die Rohrenkennliwkn
77 3
vom Gitter durchgelassen werden, werden hier nicht nmkehren,
sondern auf gekriimmten Bahnen (Fig. 21 b) die imaginare
Kathode tangieren. Bei solchem Verlauf cler Elektronenbalin
hat das Gitter offenbnr keineu so groBen EinfluB, inwieweit
aber die absolute UnabhAngigkeit yon Gitterpotential unrl
auf3erew Magnetfeld damit zusammenhangt, ist nicht eiuzusehen. Die Symmetrie der dnordnung spielt jedenfalls eirie
entscheidende Rolle (mie auch Fig. 1 7 beweist). Schon eine geringe Unsymmetrie, Tvenn z. B. der dnodenzylinder nicht ganx
geschlossen ist (Telefunken EVE 1 73), stort die Unabhangigkeit
vom Gitterpotential, es treteu dann unregelmahige Maxima und
Minima :iuf. 1st die Symmetrie jedoch vorhanden, dann geht
die GesetzmaBigkeit so weit, daB ihr auch die Gittersekundarelektronen auf ihrein Weg zur h o d e nnterliegen (Fig. 13).
Auch der EinfluB einer Verunreinigung der Anode l26t sich
vielleicht auf eiue durch die Anlagerung herr-orgerufene Unsymmetrie der Bnordnung zuriickfuhren.
Bei der echten Reflexion hat man es den T’ersuchen
gems6 mit demselben Phlnomen z u tun; bier werden die echt
reflektierten Primiirelektronen die Rolle der Sehrundarelektroneii
ubernehmen. DaB die UnregelmaBigkeiten nur auftreten. wenn
die Potentialverteilung durch den Heizspannungsabfall nicht
wesentlich nivelliert wird (bei kleineren Anodenspannangen
ist der storende EinfluJ3 selbstverstindlich vie1 groBer1. ist
ohne weiteres klar und nurde auch auf S. i 6 5 besprocheu.
Zusammenfasseud 15Bt sich sagen, da6 der C‘harakter und
die Ursache der UnregelmBBigkeiten klargestellt sincl; eine
vollkomrnene h r s t e l l u n g des Vorgnnges kann jedoch iiiclit
gegeben werden.
4. Praktieche Folgerungen
Zuiii SchluB sollen noeh kurz die praktischen Folgerungen
besprochen werden, die sich aus den beobachteten Unregelmafhgkeiten an Rohrenkennlinien ergeben. Zunachst sei darauf
hingewiesen, daB die Methode, den Wirkwiderstand einer
Schaltung aus dem Schwingungseinsatz eines Dynatrous zu
bestimmen. die P n u l i angegeben hat, iusofern mit Vorsicht
1) H. Pauli, Ztschr. f. techn. Phys. 10. S. >92. ICi.9.
zu verwende.n ist, als sich hei rorliegenclen Untersuchungen
gezeigt hat, daB der negative IYiderstand bzw. die negative
Yteilheit fur zwei dicht berinchbsrte Arbeitspunkte der Rohre
sehr verschieden sein kanu. Eine Berechnung des negativen
Widerstandes aus einer rnit Glcichstrom nicht sehr genau aufgenommenen Stromspannungskurve des Dynatrons kann unter
zu
Urnstanden
falschen Result.aten fiihren.
Die Unregelmiiliigkeiten konnen
sich bei
Doppelgitterrohren insofern be. ..
.
merkbar machen,
als sich hier j e
nach Wahl der
Anoden- und
Schirmgitterspannung ein unter
Urnstanden verschiedener innerer Widerstand
der Rohre ergibt.
Die am Schirmgitter stets auftretenden Sekun.
darelektronen, die
i
zur Anode gelanSteilheitskurven bei Schirmgitterriihren
gen kijnnen, bewirken hier im Strom
Fig. 22
zum Schirrngitter
bzw. in dessen Steilheit Ss bei kontinuierlich wachsender
Schirmgitterspanuung die beobachteten UnregelmiiBigkeiten
bzw. Schwankungen (Fig. 22, RENS 1204). Da die Emissionssteilheit glatt verliiuft, muB die Anodensteilheit die Schwankungen gerade im umgekehrten Sinne aufweisen, und da
andererseits der innere Widerstand der Riihre dem reziproken
Wert der Anodensteilheit gleich ist, zeigen sich xuderungen
~
E i n f l u p der Seekundaremission auf die Rohrenkennlin,kn
775
im inneren Widerstand, die allerclings nicht sehr hedeutend
sind. Eine Veranderung des Potentials iles Xteuergitters hat
hierbei 1 h B eine Gesamtainderung rler GroBe der Steilheit,
also eine Verschiebung des ganzen I(urvenver1aufs in ,,vertikaler" Richtung (Fig. 22) zur Folge, so daB sicli die Steilheit bei Anrlerung der Spannung am Steuergitter 1iont.inuierlich Bndert. Die lJnregelmaBigkeiten sincl kanni vorhanden,
wenn, wie bei der Pentode, zwischen Anode und Schirmgitter
uoch ein Gitter liegt, das Kathodenpotential besitzt (RES 162 d,
Fig. 22); die entstehenden Sekundiirelektronen werclen zur betreffenrlen Eilektrode zuriickgetriehen. .ius einem Lhnlichen
Grunt1 sind a,uch bei Ilaulllla,dunpsgitten.iihren UnregelmaRigkeiteu nicht zii beobachten.
Zusammentassung
1. Zur Iiliirung der systeinatischen LJnregelmiil3igkeiten
in der Dynatronkennlinie w i d eine einfache uncl genaue
Briickenmethode zur Messung negat,iver Steilheit. niit Wechselstrom entwickelt.
2. Mit Hilfe dieser Rilethocle wird d i u d ~Variation Butlerer
Einfliisse (Gitterspaunung, Magnetfeld\ uucl durch V e r k d e rungen im Innern der Riihre der Clharakter der UnregelmaBigkeiten untersucht und es M-ird ihre Iynabhangigkeit von
der Anodenbeschafienheit frstgestellt.. woinit die Erkliirungsmoglichkeit,eii als ,"lregungsspannungren
und Elektronenbeugung (,,selektive" Refiexion) hinfdlig werden. Bei zylindersymmetrascher Elektrodenanordnung tret.en die UnregelniiiiBigkeiten bei verunreiriigt,er h o d e n o b e r f l k h e nur undeutlich
oder ungesetzm8Big auf, bei reiner Oherflgche liegen sie jedoch, unabhangig von der Feldverteilung und Elekt.ronenbahn
im Innern der Riihre, stet's bei cler gleichen Anodenspannung.
Bei ebeiicln. Elektroclenanordnungen sind die UuregelmiiBigkeiten von der Feldverteilung in der X.iihre abhiingig, derart
jedoch, daM der Knrvemverlauf durch eine proportionale Erhohung aller Potentiale nicht, gekndert wirtl.
3. Bei ebener Auordnung kann gezeigt werden, daR die
~nregelma/3igkeitrn i n der L)ynaironkennlinie durch die rauniliche 1li.4continuitiit der (stark positiveir) Aufjangelektrode (des
,,Gifters6:) cerursacht m r d e i / : bei plattenformiger -4uffang-
716
H. Bittmann. Einfiup der Seku~&mieSim ww.
elektrode ist der Kurvenverlauf regelmaBig, der nbergang
zwischen dieser und einer Anordnung mit Gitter laBt sich
mittels einer Hilfselektrode herstellen.
4. Das Auftreten von UnregelmaBigkeiten wird aus der
Umkehr von Sekundarelektronen zwiscben Gitter und Heizfaden zu erklaren versucht ; die praktischen Anwendungen
speziell auf Doppelgitterrohren werden besprochen.
5. Hinsichtlich der Zahl der in Elektronenrohren wirksamen Sekundarelektronen wird festgestellt, daB sie sich durch
Verwendung einer netzformigen Anode auf etwa den vierten
Teil hernnterdriicken lafit. Sie ist sehr stark vom Entgasungszustand der Anode abhangig und andert sich, offenbar
durch Diffusion von Gasen aus dem Innern an die Oberflache,
bei ungeniigender Entgasung auch noch nach dem Ausgliihen.
Durch Oxydniederschlag an der Anode wird sie wesentlich vergrobert, durch Bariumoxyd mehr als durch Strontiumoxyd.
(Eingegangen 1. Januar 1930)
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