Technische Elektronik: Zweiter Band Stromsteuernde und elektronenoptische Entladungsgeräte

1 Stromsteuernde Hochvakuum-, Gas- und Festkörper-Entladungsgeräte.- I. Hoehvakuumdioden und ihre Entladungsformen.- A. Energieprofile emittierter Elektronen zwischen Kathode und Anode..- 1. „Kontaktspannung“ Uk.- 2. Energieprofile für UK < UA (bremsendes Kontaktfeld; Fall der stromsteuernden Glühkathodenröhren).- 3. Energieprofile für UK > UA (beschleunigendes Kontaktfeld; Fall des thermionischen Energiewandlers).- B. Kennliniengleichungen für Hochvakuumdioden mit ebener bzw. zylinderförmiger Massivglühkathode.- 1. Sättigungsbereich (Ua < Us).- 2. Anlaufstrombereich (Ua > 0).- a) Diode mit ebenen Elektroden.- b) Diode mit zylinderförmigen Elektroden.- 3. Raumladungsbereich (0 < Ua< Us).- a) Diode mit ebenen Elektroden.- b) Diode mit zylinderförmigen Elektroden.- c) Graphisch-experimentelle Bestimmung der Raumladungskonstanten K.- C. Daten von Hochvakuum-Gleichrichtern.- 1. Betriebsdaten.- 2. Emissions- und Heizdaten.- 3. Konstruktionsarten.- D. Röntgenröhren.- 1. Mechanismus der Röntgenstrahlerzeugung.- 2. Strahlungsleistung einer Röntgenröhre.- 3. Wirkungsgrad, Güte und Belastbarkeit einer Röntgenröhre.- 4. Absorption von Röntgenstrahlen.- 5. Technische Röntgenanlagen.- a) Aufbau von Röntgenröhren.- b) Schaltungen zum Betrieb von Röntgenröhren.- c) Anwendungen von Röntgenröhren.- E. Hochvakuum-Photodioden (Photozellen).- 1. Lichtstärke und Lichtfluß.- 2. Lichtempfindlichkeit von Photozellen.- 3. Ia-Ua-Kennlinienfeld und Betriebsschaltung einer Photozelle.- 4. Ausführungsformen und Daten technischer Photozellen.- II. Gasgefüllte Dioden und ihre Entladungsformen.- A. Dioden mit selbständigen Entladungen.- 1. Glimmentladungs-Dioden.- a) Dioden mit normaler Glimmentladung (Stromdichte jn = 0,01 bis 10 mA/cm2; Gasdruck etwa 10?2 bis 10 Torr).- b) Dioden mit anormaler Glimmentladung (Stromdichte jan > 10 mA/cm2).- c) Dioden mit „behinderter“ Glimmentladung.- d) Dioden mit „Hohlkathoden-Entladung“.- e) Dioden mit „Spritzentladung“.- 2. Lichtbogen-Dioden.- a) Der Quecksilberdampf-Gleichrichter.- b) Die Wolfram- Punktlichtlampe.- c) Bogenlampen mit Kohleelektroden.- B. Dioden mit unselbständigen Gasentladungen.- 1. Dioden mit unselbständiger Kaltkathoden-Gasentladung.- a) Ionisationskammer.- b) Gasgefüllte Photozelle.- c) Gasentladungs- (Geiger-Müller-(Zählrohre.- d) Corona-Stabilisatorröhren.- 2. Dioden mit (unselbständiger) Glühkathoden-Gasentladung.- a) Ia-Ua-Kennlinien einer Glühkathoden-Gasdiode bei verschiedenem Druck.- b) Räumlicher Potential verlauf in einer Glühkathoden-Gasdiode bei wachsendem Gasdruck.- c) Ausführungsformen von Gasdioden mit Glühkathoden.- C. Dimensionierung von Gasdioden auf Grund ihrer Entladungseigenschaften.- 1. Bestimmung der Entladungseigenschaften mit Hilfe der Sondenmethodik.- 2. Ähnlichkeitsgesetze für Gasdioden.- III. Hochvakuumtrioden.- A. Kennliniengleichungen.- B. Potential verlauf und Elektronenbahnen.- 1. Triode mit ebenen Elektroden.- 2. Triode mit Zylindere lektroden.- C. Berechnung des Durchgriffs.- 1. Triode mit ebenen Elektroden.- 2. Triode mit zylindrischen Elektroden.- D. Abhängigkeit des Durchgriffs von den Betriebsdaten.- 1. Vergrößerung des Durchgriffs mit Abnahme von Ia durch Inselbildung.- 2. Verkleinerung d es Durchgriffs durch Raumladung.- E. Ausführungsformen von Hochvakuumtrioden.- 1. Trioden für niedrige Leistungen und Frequenzen bis 1000 MHz.- 2. Trioden für niedrige Leistungen und Frequenzen über 1000 MHz (Scheibentrioden).- 3. Trioden für hohe Leistungen (Sendetrioden).- 4. Nachteile der Trioden.- IV. Hochvakuum-Mehrpolröhren.- A. Steuerspannung in Mehrgitterröhren.- B. Stromverteilung in Mehrgitterröhren mit einem positiven Gitter.- C. Potentialverlauf in Mehrgitterröhren.- D. Typische Mehrgitterröhren.- 1. Tetroden.- a) Raumladegitter-Tetrode.- b) Schirmgitter-Tetrode.- c) Ausführungsformen und Anwendungen von Tetroden.- 2. Pentoden.- a) Wirkungsweise und Kennlinien.- b) Typische Daten und Anwendungen.- 3. Hexoden, Heptoden und Oktoden.- a) Wirkungsweise und Kennlinien.- b) Anwendungen.- E. Photovervielfacherröhren (“Photomultiplier”).- 1. VervielfachungsVorgänge.- 2. Typische Betriebsdaten.- 3. Bauformen.- 4. Anwendungen.- F. Mehrpolige Hochvakuum-Schalt- und Zählröhren.- 1. Dekadische Elektronenstrahl-Schaltröhre mit axialem Magnetfeld..- a) Aufbau.- b) Schaltvorgang.- 2. Dekadische Zählröhre mit Leuchtschirm-Anzeige.- V. Gasgefüllte Mehrpolröhren.- A. Glühkathoden-Gastriode (Thyratron).- 1. Aufbau und Wirkungsweise.- 2. Betriebsdaten.- 3. Anwendungen.- B. Gastrioden mit flüssiger Quecksilberkathode (Zündstift-Trioden).- 1. Ignitron.- 2. Excitron.- 3. Anwendungen.- C. Kaltkathoden-Mehrpolröhren.- 1. Schaltröhren (Relaisröhren).- 2. Zählröhren.- 3. Signalröhren.- VI. Zweipolige Festkörper-Entladungsgeräte.- A. Charakteristische Daten anorganischer Halbleiter.- B. Festkörperdioden.- 1. Elektrische Eigenschaften und Bändermodelle.- 2. Ausführungsformen von Festkörperdioden.- a) Selendioden.- b) Cu2O-Dioden (Kupferoxydul-Gleichrichter).- c) Germanium- und Siliziumdioden.- d) Kapazitätsdioden.- e) Zenerdioden.- f) Tunneldioden.- g) Rückwärts- (Backward-)Dioden.- C. Photo widerstände, Photodioden und Photoelemente.- 1. Innerer lichtelektrischer Effekt.- 2. Ausführungsformen von lichtempfindlichen Halbleiter-Bauelementen.- a) Photowiderstände.- b) Photodioden.- c) Photoelemente.- D. Heißleiter (Thermistoren).- VII. Festkörper-Mehrpolgeräte.- A. Niederfrequenz-, Hochfrequenz- und Leistungs-Transistoren.- 1. Niederfrequenz-Transistoren.- 2. Hochfrequenz-Transistoren.- 3. Leistungs-Transistoren.- B. Sonderformen von Transistoren.- 1. Spitzentransistor.- 2. Unipolar- (Feldeffekt-)Transistor.- 3. Schalt-Transistor.- 4. Transistor-Tetrode (Doppelbasis-Transistor).- 5. Phototransistor.- C. Thyristoren (gesteuerte Silizium-Gleichrichter).- 1. Spannungsgesteuerter Thyristor.- 2. Lichtgesteuerte Thyristoren.- D. Doppelbasisdiode (“Faden-Transistor”).- VIII. Weitere Festkörper-Entladungsgeräte.- A. Elektrolumineszenz-Lampen und-Bildverstärker.- 1. Mechanismus der Elektrolumineszenz.- 2. Ausführungsformen von Elektrolumineszenz-Lampen.- a) Lampe mit ZnS-Leuchtstoffschicht.- b) Infrarot-Strahler mit GaAs-Sperrschicht.- 3. Festkörper-Bildverstärker.- B. Atombatterien.- 1. Prinzip.- 2. Ausführungen.- a) Atombatterie mit direkter Erregung („Quantentransformator“).- b) Atombatterie mit indirekter Erregung.- C. Kristallzähler.- 1. Einkristallzähler.- 2. Sperrschichtzähler.- a) Germanium- und Silizium-p-n-Sperrschichtzähler.- b) Germanium- bzw. Silizium-p-i-n-Sperrschichtzähler.- 3. Kristall-Auslösezähler.- D. Hallgeneratoren.- E. Halbleiter-Kühlelemente.- IX. Mikro-Transistorsysteme.- A. Integrierte Dünnfilmschaltungen.- B. Integrierte Halbleiterschaltungen.- X. Laser.- A. Spontane und induzierte Strahlungsemission.- B. Laserarten.- 1. Festkörper-Laser.- a) Rubin-Laser.- b) Dioden-Laser.- 2. Gas-Laser.- C. Eigenschaften und Anwendungen der Laserstrahlung.- 1. Eigenschaften.- 2. Technische Anwendungen.- XI. Literaturverzeichnis zum Kapitel 1.- 2 Elektronenoptische Geräte.- I. Elektronenlinsen.- A. Bedingungen für die „optische“ Ausbreitung eines Elektronenstrahls.- 1. Weglängen-Bedingung.- 2. Bedingung hinsichtlich der Ladungsabstoßung.- B. Elektrische Elektronenlinsen.- 1. Allgemeines.- a) Einteilungsarten.- b) Elektrische Eigenschaften.- 2. Scheibenlinsen.- a) Allgemeine Berechnung der Brennweiten.- b) Brennweitenformeln für typische Scheibenlinsen.- c) Anwendungen der Scheibenlinsen.- 3. Rohrlinsen.- a) Einrohrlinse mit Netz.- b) Zweirohrlinse (mit gleichem Rohrdurchmesser).- c) Einrohrlinse mit zwei Netzen.- d) Anwendungen der Rohrlinsen.- C. Magnetische Elektronenlinsen.- 1. Allgemeines.- a) Einteilungsarten.- b) Elektrische Eigenschaften.- 2. Allgemeine Berechnung der Brennweite und der Bilddrehung.- 3. Magnetische Linsen ohne Feldumkehr.- a) Kurze Luftspulen.- b) Kurze Eisenspulen (ohne Feldumkehr).- c) Anwendungen der kurzen Luft- bzw. Eisenspulen ohne Feldumkehr.- 4. Magnetische Linsen mit einfacher Feldumkehr.- a) Eisenfreie Linsen.- b) Eisenlinsen.- c) Anwendungen.- 5. Magnetische Linsen mit doppelter Feldumkehr.- a) Eisenfreie Linsen.- b) Eisenlinsen.- c) Anwendungen.- D. Elektronenoptische Abbildungsgesetze.- 1. Bildkonstruktion.- 2. Linsengleichung und Abbildungsmaßstab.- a) Linsengleichung.- b) Abbildungsmaßstab.- 3. Linsengleichung und Abbildungsmaßstab für elektrische und magnetische Linsen.- a) Elektrische Linsen.- b) Magnetische Linsen.- E. Abbildungsfehler.- 1. Schärfefehler des Bildpunktes.- a) Öffnungsfehler (sphärische Aberration).- b) Astigmatismus.- c) Komafehler.- 2. Maßstabsfehler (Verzeichnung).- a) Die kissenförmige Verzeichnung.- b) Die tonnenförmige Verzeichnung.- 3. Anisotrope Bildfehler.- a) Anisotroper Astigmatismus.- b) Anisotrope Verzeichnung („Zerdrehung“).- 4. Vergleich der Bildfehler bei elektrischen und magnetischen Linsen.- II. Immersionssysteme.- A. Vorsammelsysteme in Kathodenstrahl- und Laufzeitröhren.- B. Sammelsysteme in Röntgenröhren.- C. Abbildungssysteme mit langer Magnetspule.- D. Bündelungssysteme in Verstärker- und Senderöhren.- E. Kugel- und Plattenkondensator-Immersionssystem.- F. Statisch-periodische Elektronenstrahl-Fokussiersysteme.- 1. Elektrische Systeme.- a) Rohrlinsensystem für kreiszylindrische Elektronenstrahlen.- b) Rohrlinsensystem für hohlzylindrische Elektronenstrahlen.- c) Slalom-Fokussiersystem.- 2. Magnetische Systeme.- III. Elektronenoptische Ablenkorgane.- A. Allgemeine Eigenschaften der Ablenkorgane.- B. Doppelsymmetrische elektrische Ablenkorgane.- 1. Lange parallele Ablenkplatten.- 2. Kurze parallele Ablenkplatten.- 3. Geneigte kurze Ablenkplatten.- 4. Gekrümmte und geknickte Ablenkplatten.- 5. Elektrisches Ablenksystem mit sinusförmiger Randpotentialverteilung.- C. Doppelsymmetrische magnetische Ablenkorgane.- 1. Eisenfreie Ablenkspule mit „langem“ homogenem Magnetfeld.- 2. Eisenfreie Ablenkspule mit „kurzem“ homogenem Magnetfeld.- 3. Eisenfreie Parallelleiter-Kreiszylinderspule.- 4. Eisenfreie gekreuzte elliptische Ablenkspule.- 5. Eisenspule mit Polwicklung.- 6. Eisenspule mit Schenkelwicklung.- 7. Vergleich des Ablenk Vermögens verschiedener Luftspulen.- 8. Rotierende Ablenkspule.- D. Fehler der doppelsymmetrischen Ablenkorgane und ihre Kompensation.- 1. Verzeichnung.- a) Maßstabsfehler.- b) Koordinatenkrümmung.- 2. Astigmatismus und Bildwölbung.- a) Definition.- b) Ursachen.- c) Korrekturen.- 3. Komafehler.- 4. Trapezfehler.- E. Einfachsymmetrische Ablenkorgane.- 1. Ablenkorgane zur Trapezentzerrung.- a) In Elektronenstrahlröhren mit geneigtem Bildschirm.- b) In Elektronenstrahlröhren mit elektrischer Unsymmetrie der Ablenkspannung.- 2. Ablenkorgane für Polarkoordinaten.- 3. Fokussierende (abbildende) Ablenkorgane.- a) Eigenschaften und Einteilung.- b) Fokussierende elektri-sche Ablenkorgane.- c) Fokussierende magnetische Ablenkorgane.- d) Aufbau typischer Massenspektrographen.- F. Fehler der einfachsymmetrischen Ablenkorgane von Elektronenstrahlröhren und ihre Kompensation.- 1. Fehlerarten und -Ursachen.- 2. Fehlerkorrektur.- IV. Elektronenoptischc Ähnlichkeitsgesetze 286.- A. Geometrisch ähnliche Vergrößerung oder Verkleinerung der Dimensionen.- 1. Elektrische Linsen.- 2. Magnetische Kreisringlinse ohne Feldumkehr.- 3. Elektrische und magnetische Ablenkorgane.- B. Änderung der Spannungen bzw. Ströme.- 1. Elektrische Elektronenlinsen.- 2. Magnetische Elektronenlinsen.- 3. Immersionssysteme.- 4. Elektrische und magnetische Ablenkorgane.- C. Änderung der Teilchenladung bzw. Teilchenmasse.- 1. Elektrische und magnetische Linsen.- 2. Elektrische und magnetische Ablenkorgane.- V. Elektronenstrahl-Wandlerröhren.- A. Elektronenoptische Bild-Bild-Wandlerröhren („Bildwandler“).- 1. Prinzipieller Aufbau und Wirkungsweise.- a) Bildwandler ohne Elektronenstrahlfokussierung.- b)Bildwandler mit Elektronenstrahlfokussierung.- 2. Bildfehler bei Wandlern mit elektrostatischem System.- a) Der Maßstabsfehler.- b) Chromatische und sphärische Aberration.- c) Koma und Astigmatismus.- 3. Ausführungsformen von Bildwandlern.- a) Dioden.- b) Trioden.- c) Tetrode (mit Nach-beschleunigung).- d) Bildwandler mit mehreren Sekundäremissionsstufen.- e) Röntgenbild Verstärker.- 4. Anwendungen.- a) Die Medizin.- b) Die Photographie.- c) Die Mikroskopie.- d) Untersuchung von undurchsichtigen Medien.- B. Signal-Bild-Wandlerröhren.- 1. Oszillographenröhren.- a) Die Art der Ablenkung.- b) Die Ablenkempfindlichkeit.- c) Die Beschleunigungsspannung.- d) Die obere Grenzfrequenz.- e) Die maximale Schreibgeschwindigkeit.- f) Die Lichtausbeute, Farbe und Nachleuchtdauer des Leuchtschirms.- 2. Fernseh-Bildröhren.- a) Schwarz-Weiß-Fernsehbildröhren.- b) Lochblenden- Bildröhre für Farbfernsehen.- 3. Bildradar- und Bildspeicherröhren.- a) Bildradarröhren.- b) Bildspeicherröhren.- C. Bild-Signal-Wandlerröhren.- 1. Superikonoskop.- 2. Superorthikon.- 3. Vidikon.- D. Signal-Signal-Wandlerröhren.- VI. Elektronenmikroskope.- A. Prinzip und Kenngrößen.- B. Aufbau und Eigenschaften verschiedener Elektronenmikroskope.- 1. Durchstrahlungs-Elektronenmikroskope.- a) Aufbau.- b) Streu Vorgänge bei der Bildentstehung.- 2. Spezielle Ausführungsformen.- a) Emissions-Elektronenmikroskop.- b) Spiegel-Elektronenmikroskop.- c) Schatten-Elektronenmikroskop.- 3. Technische Daten neuerer Elektronenmikroskope.- VII. Teilchenbeschleuniger.- A. Linearbeschleuniger.- 1. Einstufiger Gleichspannungs-Linearbeschleuniger.- 2. Mehrstufiger Gleichspannungs-Linearbeschleuniger.- 3. Mehrstufige HF-Linearbeschleuniger.- a) Linearbeschleuniger mit Rohrlinsensystem.- b) Linear-beschleuniger mit hintereinanderliegenden Lochscheibenresonatoren.- 4. Anwendungen der Linearbeschleuniger.- B. Ionen-Spiralbahn-Beschleuniger mit zwei HF-Elektroden in einem konstanten magnetischen Führungsfeld (Zyklotron).- 1. Aufbau und Wirkungsweise.- 2. Richtungs- und Phasenfokussierung des Ionenstrahls.- 3. Technische Daten und Anwendungen.- C. Kreisbahn-Induktionsbeschleuniger.- 1. Betatron („Elektronenschleuder“).- a) Aufbau und Wirkungsweise.- b) Betriebsbedingungen des Betatrons.- c) Technische Daten.- 2. Deuteriumerhitzer für die Kernfusion.- a) Prinzip.- b) Aufbau und Wirkungsweise einer Kernfusionsanlage.- c) Pinch-Effekt.- D. Kreisbahn-Beschleuniger mit magnetischem Führungsfeld und zwei oder mehr HF-Elektroden (Synchrotrons).- 1. Elektronen-Synchrotron.- a) Aufbau und Wirkungsweise.- b) Vorteile des Elektronen-Synchrotrons.- c) Technische Daten und Anwendung.- 2. Synchrozyklotron.- a) Aufbau und Wirkungsweise.- b) Technische Daten und Anwendungen.- 3. Protonen-Synchrotron.- a) Aufbau und Wirkungsweise.- b) Technische Daten.- VIII. Literaturverzeichnis zum Kapitel 2.- IX. Übungsaufgaben zu Band I und II.