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Durch Belichtung gesteuertes elektrisches Entladungsgefäss.
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Entladungsgefäss, dessen Strom durch Belichtung gesteuert wird. Das Entladungsgefäss eignet sich daher z. B. dazu, in Abhängigkeit von der Stärke eines Lichtstrahles Relaiswirkungen auszulösen. Ebenso kann man das Entladungsgefäss als Generator für die Erzeugung hochfrequenter Schwingungen in an sieh bekannterWeise ausbilden und diese hochfrequenten Schwingungen in Abhängigkeit von der Stärke eines Lichtstrahles in ihrer Amplitude verändern.
. An dem durch Belichtung gesteuerten elektrischen Entladungsgefäss ist eine Glühkathode, eine Anode und ein Steuergitter, das mit einer lichtelektrischen Schicht leitend verbunden ist, vorhanden. Die Erfindung besteht darin, dass die lichtelektrische Schicht in an sich bekannter Weise einen Teil der Gefässwandung bedeckt und die Anode und das Steuergitter die Glühkathode derart umhüllen, dass die lichtelektrische Schicht durch diese Umhüllung vor Bestrahlung durch das Licht der Glühkathode geschützt ist.
Die Fig. 1-4 der Zeichnung zeigen drei Ausführungsbeispiele von elektrischen Entladungsgefässen gemäss der Erfindung.
Fig. 1 zeigt ein Entladungsgefäss mit verhältnismässig einfacher Ausbildung, Fig. 2 zeigt einen Teil der Glaswandung dieses Gefässes, an dem die lichtelektrische Schicht angebracht ist.
Im folgenden ist beschrieben, wie das durch Belichtung gesteuerte Entladungsgefäss nach Fig. 1 und 2 konstruiert ist und wie es hergestellt wird. 1 ist die ballonartige Glaswandung des Gefässes. Auf der inneren Seite und im unteren Teile dieses Glasballons befindet sich ein Niederschlag 2 eines leitenden Stoffes. Dieser Niederschlag kann aus Platin bestehen oder aus einem andern geeigneten Material.
Man kann den Belag in bekannter Weise aus einer Lösung an der Glaswandung niederschlagen. Innerhalb des Glasballons sind die üblichen Elemente einer Elektronenröhre untergebracht. 3 ist eine fadenförmige Glühkathode, 4 ist ein Steuergitter, 5 ist die Anode. Das aus einem Drahtnetz bestehende Gitter 4 unterscheidet sich von den üblichen Steuergitter bei Elektronenröhren vor allem dadurch, dass es wesentlich engmaschiger ist und dass es im oberen Teile eine vollwandige Kappe 6 und im unteren Teile einen ebenfalls vollwandigen ringförmigen Träger 7 besitzt. Der Träger 7 sitzt auf einem Tragstutzen 9, der an dem Glasballon 1 angeschmolzen ist. Der metallische Niederschlag 2 befindet sich auch auf der Aussenseite des Tragstutzens 9 und steht in elektrischer Verbindung mit dem Gitter 4.
Die Stromzuführungen der Kathode 3 sind in der üblichen Weise aus dem Glasballon herausgeführt. Die Anode 5 wird durch einen Glasstutzen 10 getragen, der an einem seitlichen Ansatz des Ballons 1 angeschmolzen ist. Die elektrische Verbindung der Anode 5 ist durch den Glasstutzen 10 hindurchgeführt. Die Anode 5 besitzt, wie ersichtlich, eine leicht konische Form. Die vollwandigen Teile 6 und 7 des Gitters 4 sollen verhüten, dass das von der Glühkathode 3 ausgehende Licht die innere Oberfläche des Ballons 1 trifft.
An dem metallischen Niederschlag 2 befindet sich nun nach innen zu ein lichtelektrisches Element, z. B. Kalium, Zäsium oder Natrium in Form einer Schicht 12 (Fig. 2). Falls für die lichtelektrische Schicht Kalium verwendet wird, so wird zur Herstellung der Lichtempfindlichkeit Wasserstoff in den Glasballon 1 geleitet. Hierauf wird eine elektrische Entladung zwischen der Anode 5 und dem Gitter 4 bzw. dem
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Niederschlag 2 durch Anlegung einer geeigneten Spannung eingeleitet. Die dadurch verursachte chemische Reaktion zwischen dem Kalium und dem Wasserstoff erzeugt an dem Kalium eine Schicht von Kaliumhydrit, u. zw. in kolloidaler Form. Dieses Kaliumhydrit besitzt eine hohe lichtelektrische Empfindlichkeit, u. zw. derart, dass es bei Belichtung Elektronen abgibt.
Bei der eben geschilderten Behandlung des Entladungsgefässes, durch die ein Niederschlag von Kaliumhydrit an der metallischen Schicht 2 in kolloidaler Form erzeugt wird, ist die Fähigkeit der Elektronenabgabe der Schicht um das 10-bis 20faehe grösser als bei einer bisher bekannten Behandlung der lichtelektrischen Schicht.
Schliesslich wird der Wasserstoff aus dem Glasballon entfernt und der Glasballon evakuiert.
Man muss bei dem geschilderten Verfahren der Herstellung der lichtelektrischen Schicht selbstverständlich darauf achten, dass das Verfahren so sorgfältig wie nur möglich durchgeführt wird, damit die verschiedenen Teile innerhalb des Glasballons 1 dabei nicht kurzgeschlossen werden.
Die Glühkathode 3 ist über einen Regelwiderstand 15 mit einer Heizbatterie 16 verbunden. Die Anode 5 steht mit der Glühkathode über eine Batterie 17 in Verbindung. Damit das von aussen kommende Licht zu der lichtempfindlichen Schicht 12 Zutritt hat, ist an dem gegenüberliegenden Teile 2'des Glasballons der metallische Niederschlag 2 entfernt.
Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende :
Wird das Entladungsgefäss von aussen nicht belichtet und fliesst durch die Glühkathode 3 der
Heizstrom, so sendet diese Elektronen aus. Diese Elektronen sammeln sich an dem Gitter 4 und laden es negativ auf. Das Gitter 4 und die damit verbundene lichtelektrische Schicht 12 bekommen daher ein negatives Potential. Diese negative Ladung steigt bis zu einem solchen Grade an, dass die von der Glui- kathode ausgehenden Elektronen die Anode 5 nicht mehr erreichen können, da das vom Gitter 4 ausgehende negative elektrische Feld dies nicht zulässt. Die negative Ladung des Gitters 4, die erforderlich ist, um einen Übertritt der Elektronen zur Anode 5 zu verhüten, wechselt mit dem Abstand der Elektroden und mit der Engmaschigkeit des Gitters.
Sind die Elektroden geeignet eingestellt, so fliesst zwischen Anode und Kathode kein Strom.
Wenn nun das Entladungsgefäss bzw. die lichtelektrische Schicht belichtet wird, so sendet diese Schicht Elektronen aus. Dies hat zur Folge, dass das negative Potential der Schicht 12 geringer wird.
Da nun die Schicht 12 mit dem Gitter 4 verbunden ist, so wird auch die negative Ladung des Gitters vermindert, und die Ladewirkung des Gitters ist nicht mehr imstande, den Übertritt von Elektronen zwischen der Glühkathode 3 und der Anode 5 zu verhindern. Es entsteht daher in dem Anodenstromkreis ein Strom, der ein Relais 18 betätigt. Die Stärke des Stromes hängt von der Stärke ab ; mit der die Elektronen aus der lichtelektrischen Schicht 12 austreten. Das Relais 18 kann einen Stromkreis in bekannter Weise steuern.
Durch die geschilderte Anordnung kann ein Elektronenstrom von beträchtlicher Grösse erreicht werden. Dieser Elektronenstrom ist proportional der Stärke des Lichtes, das das Entladungsgefäss trifft.
Bei der Verwendung des Entladungsgefässes gemäss der Erfindung kann man einen Elektronenstrom erreichen, der mehrere tausendmal grösser ist als der Strom, der bei einer lichtelektrischen Zelle der Alkali- type erreicht werden kann, wo die ausgesandten Elektronen den gesamten Strom bilden. Im vorliegenden
Falle wirken hingegen die von dem lichtelektrischen Stoff unter dem Einfluss des Lichtes ausgesandten
Elektronen wie bei einem Relais und steuern eine Stromquelle, die wesentlich grössere Ströme abgeben kann.
In Fig. 3 der Zeichnung ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Das Ent- ladungsgefäss nach Fig. 3 ist in ähnlicher Weise konstruiert wie das nach Fig. 1 und 2 der Zeichnung.
Der Hauptunterschied besteht darin, dass ein zweites als Anode wirkendes Gitter zwischen der Glüh- kathode und der äusseren Anode vorgesehen ist.
Der Glasballon 21 des Entladungsgefässes wird zuerst auf seiner inneren und unteren Seite wiederum mit einem metallischen Niederschlag 22 versehen. Hierauf werden die gewöhnlichen Bestandteile einer Elektronenröhre in bekannter Weise im Innern des Glasballons untergebracht. Diese bestehen in einer
Glühkathode 23, in einem Gitter 24, einem zweiten Gitter 25 und einer Anode 26. Das erste Gitter 24, das während des Betriebes als eine weitere Anode wirkt, kann in derselben Weise ausgeführt sein wie die gewöhnlichen Gitter, wie sie für die bei der drahtlosen Nachrichtenübertragung verwendeten Elektronemöhren bekannt sind.
Das zweite Gitter 25 ist insofern abgeändert, als es aus einem feinmaschigen Drahtnetz besteht und oben eine vollwandige Kappe 27 und ebenso unten einen ringförmigen vollwandigen Träger 28 besitzt. Der ringförmige Träger 28 sitzt wiederum auf einem Glasstutzen 30 und steht in leitender Verbindung mit dem metallischen Niederschlag an der inneren Seite des Glasballons 21. Die Kappe 27 und der ringförmige Träger 28 in dem Gitter 25 sollen wiederum verhüten, dass das von der Glühkathode 23 ausgehende Licht die Innenseite des Glasballons 21 trifft. Die Anode 26 wird ebenso wie bei der Anordnung nach. Fig. 1 durch einen seitlichen Glasstutzen getragen.
Zur Herstellung der lichtelektrischen Schicht wird wiederum Kalium an der Innenseite der Metallschiebt 22 niedergeschlagen und hierauf zur Herstellung eines Überzuges von Kaliumhydrit mit Wasserstoff in der geschilderten Weise behandelt. Nachdem aber der Wasserstoff entfernt ist, wird die Röhre mit einem chemisch inaktiven Gas gefüllt, dessen Druck derart gewählt wird, dass die lichtelektrische
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aussen vorzusehen.
Die Kathode 23 wird über einen Regelwiderstand von einer Heizbatterie 33 gespeist. Zwischen der Anode 26 und der Glühkathode 23 liegt eine mit hoher Spannung ausgerüstete Batterie 34. Das erste
Gitter 24 ist über ein Relais 35 an einen Zwischenpunkt der Batterie 34 angeschlossen. Die lichtelektrische
Schicht ist über den Kontakt 31, einen Widerstand 36, eine hochvoltige Batterie 37 und die Batterie 34 mit der Anode 26 verbunden. Die Grössenordnung des Widerstandes 36 beträgt etwa 50 Megohm.
Der negative Pol der Batterie 37 steht mit dem Kontakt 31 in Verbindung und der positive Pol der Batterie 34 ist mit der Anode 26 verbunden. Die beiden Batterien 34 und 37 sind daher hintereinander geschaltet, und der metallische Niederschlag 22 an der Innenseite des Glasgefässes besitzt ein hohes nega- tives Potential gegenüber der Anode 26. Das Gitter 24 besitzt ein von der Batterie 34 herrührendes geringes positives Potential.
Das Entladungsgefäss bzw. die lichtelektrische Schicht soll zuerst unbelichtet sein. Wenn die GlÜhkathode 23 geheizt wird, so weiden von ihr Elektronen ausgesandt. Diese Elektronen können zu dem Gitter 24 nicht übertreten. Zwar sendet das Gitter 24 infolge seines positiven Potentials ein Feld aus, das den Übertritt von Elektronen von der Glühkathode zum Gitter 24 bewirken würde. Dieses Feld wird jedoch durch das von dem äusseren Gitter 25 herrührende und durch das Gitter 24 durchgreifende, entgegengesetzt gerichtete Feld in dem Raum zwischen Glühkathode und dem Gitter 24 wieder aufgehoben bzw. in ein entgegengesetzt gerichtetes resultierendes Feld verwandelt. Das Gitter 25 ist dazu infolge seines hohen negativen Potentials ohne weiteres imstande, namentlich wenn das Gitter 24 mit hohem
Durchgriff ausgerüstet ist.
Dementsprechend fliesst auch durch das Relais 35 kein Strom. Wird nun die lichtelektrische Schicht belichtet, so sendet die Schicht Elektronen aus, deren Zahl der Stärke des Lichtes proportional ist. Diese Elektronen fliessen von der lichtelektrischen Schicht zur Anode 26 unter dem Einfluss der in Reihe geschalteten Spannungen der Batterien 37 und 34.
Der von der lichtelektrischen Schicht ausgehende Strom verursacht in dem Vorschaltwiderstand 36 einen Ohmschen Abfall, dementsprechend sinkt auch die Höhe der Spannung an dem Gitter 25 dermassen, dass die von dem Gitter ausgehende Raumladung nicht mehr imstande ist, den Übertritt von Elektronen von der Kathode 23 zum Gitter 24 zu verhindern. Der Spannungsabfall ist proportional der Stärke des Elektronenstromes der lichtelektrischen Schicht. Dieser Strom ist wiederum proportional der Stärke der Belichtung der Schicht. Die zum Gitter 24 übertretende Elektronen veiursachen einen Strom in dem Kreis, der das Relais 35 einschliesst. Die Stärke dieses Stromes ist verhältnismässig hoch. Bei der
Anordnung nach der Erfindung kann ein Strom in der Höhe von 60 Milliampere erzeugt werden.
Dieser
Strom reicht aus, um das Relais 35 in wirksamer Weise zu steuern.
Bei der Anordnung nach Fig. 4 der Zeichnung entspricht das Entladungsgefäss in seiner Aus- bildung der Anordnung nach Fig. 3. Es ist aber hier als Generator zur Erzeugung hochfrequenter Schwin- gungen geschaltet. Wird die lichtelektrische Schicht des Entladungsgefässes belichtet, so wird damit auch die Amplitude der von dem Röhrengenerator erzeugten Schwingungen beeinflusst. Der Röhren- generator liefert in Abhängigkeit von der Belichtung modulierte hochfrequente Schwingungen. Die innere
Konstruktion des Entladungsgefässes ist dieselbe wie die des Entladungsgefässes nach Fig. 3 ; es kann daher auf eine nochmalige Erläuterung der Innenkonstruktion verzichtet werden. Der äussere Stromkreis
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Der eine Endpunkt der Induktionsspule 117 steht über einen Gitterkondensator 123 und eine parallel geschaltete Spule 122 mit dem Kontakt 111 der lichtelektrischen Schicht 22 bzw. mit dem zweiten Gitter 25 in Verbindung. Das andere Ende der Induktionsspule 117 ist, wie bereits erwähnt, über den Kondensator 124 mit dem ersten Gitter 24 verbunden, das in diesem Fall als Anode wirkt. 125 ist eine Zuleitung, die über einen Kondensator 126 und einen Gleitkontakt 270 mit der Induktionsspule 117 in Verbindung steht. 128 ist die zweite Zuleitung zur Induktionsspule, die wiederum einen Gleitkontakt 129 besitzt.
Die Kathode 23, das zweite Gitter 25 und das erste Gitter oder die Anode 24 sind in einen Stromkreis geschaltet, der als der Schwingungskreis nach Hartley bekannt ist. Wenn daher zwischen der Kathode 23 und dem Gitter 24 ein Strom fliesst, so liefern die Leiter 125 und 128 einen Wechselstrom, dessen Frequenz von den Konstanten der Induktionsspule 117 und des Kondensators 124 abhängt.
Der negative Pol der Batterie 120 ist über den Kontakt 111 mit der lichtelektrisehen Schicht ver-
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ein hohes negatives Potential gegenüber der Anode 26. Das Gitter 24 besitzt ein geringeres positives Potential, da es an die Verbindung der beiden Batterien 120 und 121 angeschlossen ist.
Das Entladungsgefäss wirkt in ähnlicher Weise wie die Anordnung nach Fig. 2. Wird die lichtelektrische Schicht nicht belichtet, so verhindert das Gitter 25 infolge der von ihm ausgehenden Raumladewirkung das Zustandekommen eines Stromes zwischen der Kathode 23 und der Anode 24. Der angeschlossene Schwingungskreis wird daher nicht erregt. Wird die lichtelektrische Schicht belichtet, so sinkt das negative Potential des Gitters 25 und zwischen der Kathode und der Anode 24 kommt ein Strom zum Fliessen, und der angeschlossene Stromkreis gerät in Schwingungen. Die Stärke dieser Schwingungen richtet sich nach der Höhe des negativen Potentials des Gitters 25, d. h. nach der Stärke der Belichtung der lichtelektrischen Schicht 22.
Ist die lichtelektrische Schicht unbelichtet, so macht sich die Raumladewirkung des Gitters 5 derart stark bemerkbar, dass von der Kathode 3 zur Anode 4 keine Elektronen übertreten können. Dementsprechend erlöschen auch die Schwingungen in dem angeschlossenen Schwingungskreis.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Durch Belichtung gesteuertes elektrisches Entladungsgefäss mit einer Glühkathode, einer Anode und einem Steuergitter, das mit einer lichtelektrischen Schicht leitend verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtelektrische Schicht in an sich bekannter Weise einen Teil der Gefässwandung bedeckt und die Anode und das Steuergitter die Glühkathode derart umhüllen, dass die lichtelektrische Schicht durch diese Umhüllung vor Bestrahlung durch das Licht der Glühkathode geschützt ist.