146103. lajstromszámú szabadalom • Nagymeredekségű erősítőcső
\ 146.103 ját tünteti fel. A (4) burában az (5) katóda és a {(-) anóda helyezkedik el. A katódából kilépő elektronokat egy vagy több elektróda segítségével úgy befolyásoljuk, hogy nagy töltéssűrűségű, igen jól definiált, éles elektronsugár alakuljon ki, amely alkalmas arra, hogy mikroamper nagyságrendű összelektronáram mellett kis távolság befutása után virtuális katódát alakítson ki. E célból a katóda után pl. négy darab fókuszáló elektródát helyezhetünk el, amelyeket sorban (7, 8, 9) és (10)-7.el jelöltünk. A (7) elektróda célszerűen negatív. A (8, 9) és (10) elektródák célszerűen pozitív feszültségre vannak kapcsolva. Ezek a fókuszáló elektródák pl. úgy lehetnek kiképezve, hogy csupán egyetlen réssel rendelkeznek, amelyen keresztül az elektronáram áthatolhat. A (8) elektróda • lése célszerűen fedi a (7) elektróda rését. A (10) elektródára olyan pozitív feszültséget adhatunk, hagy az nagyobb legyen, mint a (8) elektróda pozitív feszültsége. A (9) elektróda pozitív feszültsége változtatható és e pozitív feszültség célszerűen minden esetben kisebb kell, hogy legyen, mint a helynek megfelelő potenciál. Amennyiben szükséges, úgy az elektronsugár jusztírozása végett a csőben még az önmagukban ismeretes elektrosztatikus eltérítő elektróda párokat is alkalmazhatjuk, pl. a (10) és (11) elektródák között. (11) jelöli a csőben elhelyezett, találmányunk szerinti vezérlőrácsot, amely célszerűen egyetlen rács menetből áll, ami gyakorlatilag annyit jelent, hogy ez egy kis lyukkal vagy réssel ellátott lemez. A fókuszáló (7, 8, 9) és (10) elektródákkal az elektronsugarat úgy kell irányítanunk, hogy az a (11) vezérlőrács ezen lyukára vagy présére összpontosuljon és olyan legyen, hogy e rácson virtuális katódát képezzen ki. Ezt a célt szolgálja pl. a (10) fókuszáló elektróda magasabb pozitív feszült, sége is. Mint már említettük, a virtuális katóda kialakulása több tényező függvénye. így függ a töltés sűrűségétől, mégpedig úgy, hogy minél nagyobb a töltéssűrűség, annál könnyebben jön létre a virtuális katód. Függ ezenkívül az elektronsebességtől, vagyis a fókuszoló elektródák, éspedig különösen pl. az első, negatív (7) fókuszoló elektróda feszültségétől. Minél kevésbé negatív ugyanis ez a fókuszoló elektróda, annál több elektron jut a vezérlőrácshoz és az anódáram is annál nagyobb lesz. Hasonlóképpen befolyásolja az elektronsebességet a többi fókuszoló elektródák, éspedig különösen az utolsó fókuszoló elektróda pozitív feszültségének mértéke is. Általánosságban minél kisebb az elektronsebesség, annál inkább kialakul a virtuális katód. Befolyásolja ezenkívül a virtuális katód kialakulását az elektronok által befutott távolság, vagyis a legutolsó (10) fókuszoló elektróda és a (11) vezérlőrács közötti távolság is. Általánosságban minél távolabb van e két elektróda, annál könnyebben alakul ki a virtuális katód. Függ ezenkívül a virtuális katód kialakulása a (11) vezérlőrács nyílásának nagyságától, mégpedig fordított arányban, valamint a vezérlőrács előfeszült•ségétől is. Ismeretes, hogy kiszámítható az a kritikus áramerősség, amely fölött a tértöltés által okozott potenciálminimum zérusra esik, ami nem más, mint maga a virtuális katód. Ezen kritikus áramerősség jele I;£r . Ennek értéke Ikr KF D2 ' V, M-v * '<>// 2 <•//; 3-E képletben K egy konstanst jelöl: K = "— / — . f.. 9rc ' m Ennek értéke, ha a feszültséget Voltban helyettesítjük be és az áramerősséget milliamperben kívánjuk megkapni: K = 2,33-10"3 . F jelöli a képletben a felületet (az .elektronsugár keresztmetszete területét), D pedig a gyorsítórács-anód távolságot, jelen esetben a (10) fókuszoló elektróda mint gyorsítórács' és a (11) rács mint anóda távolságát jelenti. Ha \s2 , vagyis a (10) elektróda effektív feszültsége = 50 Volt és V„, vagyis a (11) elektróda effektív feszültsége 100 Volt (effektív feszültség alatt valamely elektródánál az összes mögötte levő többi elektróda feszültségének ezen elektróda helyére való átszámításával kapott feszültséget értik), valamint D 1 cm és F = 1 cm2 , akkor Ifcr = 2,33-ló"3 -(7 + 10) 3 = = 2,33 • 10~;! • 4,9 • 103 = 11,3 mA. Ha azonban találmányunk értelmében az elektronsugár keresztmetszetének hosszméretét pl. 0,1 cm-re, szélességméretét pedig pl. 0,01 cm-re csökkentjük, vagy hosszméretét pl. 0,5 cm-re, szélességméretét pedig 0,002 cm-re csökkentjük, F értéke 1 cm2 -ről 0,001 cm 2 -re csökken. Ha emellett D-t változatlanul hagyjuk, úgy ezzel a kritikus áramerősség (I,,r ) a korábbi 11,3 mA-ről 11,3 mikroamperre esik le, amikor is a kitűzött célt már elérhetjük. Természetesen változtathatjuk a többi értékeket is, így pl. ha a gyorsító feszültség [(10) elektród feszültsége] 4—5 volt effektív, az anódfeszültség [(11) elektród feszültsége] 9—16 volt effektív, az elektronnyaláb méretei pedig a fentivel azonosak, úgy már 1 mikroampernél is kialakul a virtuális katód. Mindez azt jelenti, hogy a nyaláb megfelelő méretezésével, elsősorban keresztmetszete területeinek helyes megválasztásával és megfelelő töltéssűrűség esetén már igen kis feszültségek és áramok mellett is kis távolság befutása után létrehozható virtuális katóda. Kis távolság alatt jelen kivitelnél az utolsó (10) fókuszoló elektróda és a (11) elektróda közötti távolságot értjük, amely természetesen szintén változtatható és mint láttuk, befolyásolja, sőt •— négyzetes tag lévén a képletben — igen erősen befolyásolja a virtuális katóda kialakulását. Ha tehát mindezeket a körülményeket figyelembevéve az elektronsugarat a (11) vezérlőrács lyukára, ill. résére' fókuszoljuk és a nyaláb mérete az alkalmazott csőgeometria, valamint a feszültségek megfelelők, úgy ezen a rácson magán, vagy annak közvetlen közelében tértöltés, ül. egy virtuális katóda alakul ki. Ebben az esetben a rács síkjában a cső meredeksége pro mA anódáram olyan lesz, hogy e meredekség még mikroamper nagyságrendű elektron egyenáram mellett is elfogadható, ami annyit jelent másképpen, hogy az anódáram egyen- és váltóáramú komponensei azonos nagyságrendűek lesznek, tehát még mikrovolt nagyságrendű feszültségek is kis zajjal erősíthetők.
