<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren und Vorriehtung zur Steuerung elektriseher Arbeitskreise mittels Photozellen.
EMI1.1
Elektroden zu emittieren.
In gasgefüllten Zellen, deren Anode mit der sogenannten Saugspannung verbunden ist, wird durch die Belichtung der Photokathode ein Elektronenstrom freigemacht, der zur Anode fliesst. Beim
Durchgang desselben durch den Gasraum werden die Gasmoleküle durch die durch das Licht ausgelösten
Elektronen angeregt. Dadurch wird der Ionenstrom freigemacht, der sich als zusätzlicher steuerbarer pulsierender Gleichstrom dem reinen Elektronenstrom überlagert. Von der Leistung dieses Ionen- bzw. Elektronenstromes hängt die Steuerleitung der Zelle ab.
Durch Erhöhen der Saugspannung lässt sich eine grössere Leistung der Zelle erzielen. Dem ist jedoch eine Grenze gezogen. weil von einer bestimmten Saugspannung ab die Ionenanregung so stark wird, dass bereits in der Nähe der Saugelektrode ein im Dunkeln wahrnehmbares Leuchten auftritt.
Sobald man mit einer Saugspannung arbeitet, die nahe an der kritischen Vorentladungsgrenze liegt. tritt bei starken Belichtungsänderungen schon bei kleinen Spannungsschwankungen der Saug- stromwelle leicht die sogenannte Zündung der Zelle ein. Dieses Stadium muss unbedingt vermieden werden, da dann der Zellenstrom durch Änderung der Lichtintensität überhaupt nicht mehr steuerbar ist. ganz abgesehen davon, dass die Photokathode durch die auftretende Glimmentladung zerstört wird.
Die Möglichkeit, durch Steigerung der Saugspannung eine Erhöhung der Wechselstromleistung und damit der Steuerleitung der Zelle zu erzielen. findet eine weitere Grenze darin, dass bei Verwendung grösserer Saugspannungen sich bei den bisherigen photoelektrischen Verfahren eine starke, mit der Höhe der Saugspannung wachsende Frequenzabhängigkeit einstellt.
Ganz besonders störend macht sich diese Erscheinung bemerkbar, wenn als Photokathode Stoffe verwendet werden, die im langwelligen Teile des Spektrums etwa. von 500 jJ. ; JL an aufwärts empfindlich sind. Um die Frequenzabhängigkeit auf ein praktisch erträgliches Mass herabzusetzen, sah man sich daher genötigt, Photoelektroden aus Stoffen zu verwenden, deren spektrale Empfindlichkeit unter 500 S liegt und mit noch niedrigeren Saugspannungen zu arbeiten, als durch die Gefahr der Vorent- ladung und der Zündung bedingt ist.
Versuche haben gezeigt, dass in einem Photoelektronenrohr bei Belichten der Photoelektrode eine instabile Ionisation auftritt. Diese instabile Ionisation tritt um so stärker in Erscheinung, je unhomogener das Feld und je grösser die Felddichte wird.
Durch den Aufbau und durch die Ausbildung der Elektroden wird erreicht, dass die instabile Ionisation durch einen Durchbruch nicht in eine selbständige Entladung umschlagen kann. Es ist bekannt, dass, je inhomogener die Feldverteilung ist, um so weniger sich der Durchbruch einer selbständigen Entladung einstellen kann (dgl... Handbuch der Experimentalphysik" 1928, Band] 3. S. 155.).
Auch dadurch, dass die Anode aus Widerstandsmaterial besteht und somit in der Zelle ein strombegrenzender Widerstand an Stelle des Vorschaltwiderstandes angebracht ist. kann eine den Durchbruch verhindernde Strombegrenzung erreicht werden. Ist z. B. der Entladnngsstrom wie beim Tonfilm durch die Durchlässigkeit des Films an und für sich begrenzt und der maximal entstehende Entladungsstrom höchstens ]-3 Mikroampere, so reicht der Ohmsche Widerstand eines Anodendrahtes mit entsprechend dünnem Querschnitt auch schon aus zu einer den Durchbruch der selbständigen Entladung selbst im instabilen JonisationsgebietvölligverhinderndenStrombegrenzung.
<Desc/Clms Page number 2>
EMI2.1
Rohr als ganzen einzuleiten.
beruht darauf, dass die instabile Ionisation bei Bestrahlen der Photoelektrode durch einen begrenzten Lichtfleck ebenfalls als begrenzter Fleck auftritt. der bei Verschieben des steuernden Lichtfleckes auf der Photoelektrode ganz entsprechend, beispielsweise auf der Anode. wandelt.
Alle diese und sonstigen Änderungen der instabilen Ionisation folgen praktisch trägheitslos den Änderungen der Belichtung.
In der technischen Ausnutzung dieser Entdeckung zur Steuerung elektrischer Arbeitskreise liegt das Wesen der Erfindung. bei der. da der Ionenstrom stets steuerbar bleibt. man infolgedessen in der Lage ist. mit sehr viel höheren Saugspannungen zu arbeiten. Man gewinnt dadurch unter anderem
EMI2.2
welches der spektralen Eigenart des Fiillgases entspricht und daher geeignet ist. das Füllgas anzuregen. Treibt man daher die Saugspannung so hoch. dass die instabile Ionisation sichtbar wird. so wird hiedurch ein Beleuchten des Gases mit Licht. dessen spektrale Zusammensetzung dem Gasspektrum entspricht. erzielt.
Der hiedurch auftretende. von der Lichtstärke abhängige lonenstrom überlagert sieh dem primären Ionenstrom diesen verstärkend, so dass auch rückwirkend der Elektronenstrom wieder in verstärktemMasseausgelöstwird.
Da die instabile Ionisation in ihrer Stärke von der durch das Licht ausgelösten Anzahl der Photoelektronen abhängig ist. so sind auch alle die erwähnten Effekte von der Belichtung abhängig und daher durch das Steuerlicht vollkommen steuerbar. ohne dass eine Frequenzabhängigkeit in praktisch fühlbarer Weise in Erscheinung tritt. Bei Bestrahlung der Photokathode kann daher durch die erfindungsgemässe Ausnutzung dieser
EMI2.3
elektronen erforderliche zusätzliche Ionenstrom ausgelöst und die weitere Steigerung der Steuerbarkeit der Zelle erreicht.
Die instabile Ionisation selbst kann sichtbar werden, sie ist aber bereits in einem früheren Stadium ausnutzbar, bei dem die instabile Ionisation noch nicht so stark ist. dass sie sichtbar wird. So ist die
EMI2.4
lichtempfindlich zu sein braucht.
Während man bei den zu den bisherigen Verfahren bestimmten Photozellen bestrebt sein musste.
EMI2.5
ist es für die für das neue Verfahren bestimmten Photozellen zweckmässig. die Anodenfläehe klein zu halten, am besten in Form dünner gestreckter Drähte oder Bänder herzustellen, um ein möglichst unhomogenes Feld grosser Dichte herzustellen bzw. zu erzielen.
Die zur Ausnutzung der instabilen Ionisation entwickelten Zellen können zur Steigerung der Steuerleistung nach verschiedenen Gesichtspunkten weiter entwickelt werden, z. B. in der Weise. dass man die Elektroden nicht parallel zueinander anordnet oder dass man wenigstens die eine der Elektroden derart ausbildet. dass ihr Eigenwiderstand von der Grössenordnung des Widerstandes der Entladungsbahn ist, oder auch dadurch, dass beide Bauarten miteinander vereinigt werden. \lle diese Arten von Zellen eignen sich zur Ausführung des neuen Verfahrens.
Da die Entladungsbahn eine Art Kontaktbrücke zwischen den Elektroden bildet, so kann bei nicht paralleler Anordnung der Elektroden durch die durch Verschiebung des steuernden Lichtflecks auf der Photoelektrode bedingte Wanderung der instabilen Ionisation eine Vergrösserung oder Verkleinerung der wirksamen Entladungsbahn und damit eine Widerstandsänderung der Zelle erzielt werden.
Zellen dieser Art eignen sich daher besonders gut zur Wiedergabe von Lichttonaufzeichnungen. bei denen die Tonschwankungen in Gestalt einer Wellenlinie wesentlich gleicher Lichtdurchlässigkeit aufgezeichnet sind.
<Desc/Clms Page number 3>
EMI3.1
Komplexverbindungen zuzusetzen, da hiedurch unter anderen) die Anregungsarbeit im Gasraum lierab- gesetzt wird,
Hiedurch ergibt sich ein weiterer Vorteil. Das unhoinogene Feld bedingt eine wesentliche Herabsetzung der Austrittsarbeit dadurch, dass an der Grenzschicht von Kathode xu Gas die erwähnten Schichtungen fortfallen.
Die Herabsetzung der. Austrittsarbeit der Elektroden geht so weit, dass photoelektrisch empfindliche Stoffe verwendet werden können, welche für Licht beliebig grosser Wellenlänge bis weit in den infraroten Teil des Spektrums hineinreicht. Für die Kathode können photoelektrische Stoffe verwendet werden, welche für infrarotes Licht von 6000 . Wellenlänge empfindlich sind.
Dadurch ist der weitere grosse Vorteil bedingt, dass das für die Erregung der Photozelle meist zu verwendende künstliche Licht mit seinem ganzen Spektralbereich zur Steuerung der Zelle ausgenutzt werden kann.
EMI3.2
Eine weitere Gruppe zur Ausübung des neuen Verfahrens vorzüglich geeigneter Zellen sind die- jenigen für die \usbeutung der instabilen Ionisation hergerichteten Zellen, bei denen ausser den Haupt- elektroden noch wenigstens zwei Hilfselektroden vorgesehen sind. an die der zu steuernde Arbeitskreis angeschlossen wird.
Die Hilfselektroden sind bei derartigen Zellen zwischen den Hauptelektroden angeordnet, so dass die Entladungsbahn zwischen bzw. über die Hilfselektroden hinweggeht. Der zwischen den Hilfselektroden verlaufende Teil der Entladungsbahn wirkt nach Art einer leitend verbindenden Kontaktbrücke. Besitzt wenigstens eine der Hilfselektroden einen Eigenwiderstand des als Kontakt wirkenden Teiles der Entladungsbaln, so erhält man ebenfalls, z. B. mit der durch Verschieben des
Liehtfleekes auf der Photoelektrode bedingten Wanderung der Entladungsbahn.
Zu-und \bselhalten von Widerständen im Rhythmus der örtlichen Verschiebungen des Lichtauffallpunktes bzw. der Be-
EMI3.3
Bau der Zelle bereits ausreichen und Spannungen von mehreren Zehntelvo1t und darüber geben. Der Fortfall der Spannungsverstärkung bedingt gerade für das Lichttonwiedergabeverfahren ganz besondere Vorteile. Eine Spannungsverstärkung ist elektrisch besonders empfindlieh, so dass durch die bei den bisherigen Verfahren erforderliche hohe Spannungsverstärkung eine erhebliche Betriebsunsicherheit bedingt wird. In dem Vorführraum treten ferner Stlirungspotentiale von der gleichen Grössenordnung wie die Spannung des Zellenstromes auf.
Es sind daher bei den bisher bekannten ausschliesslich mit Photozellen von etwa 5 Millivolt Spannung und 100-bis 200facher Verstärkung arbeitenden Lichtton-
EMI3.4
minderwertig, wenn nicht unbrauchbar werden. Abgesehen hievon sind die Entstörungsmassnahmen nur bis zu einem gewissen Grade beschränkt wirksam. so dass bei der Verstärkung besonders vorsichtig vorgegangen werden muss. ein Umstand, der eine weitere sehr unerwünschte Komplikation der. \nlage mit sieh bringt.
Bei Zellen, die erfindungsgemäss zur Ausnutzung der instabilen Ionisation auf der Anode ein- gerichtet sind, bedingt dies ausser dem reinen Photoelektronenstrom einen zusätzlichen Ionenstrom, der sich dem reinen Photoelektronenstrom überlagert und eine Zellenspannung bis zu einigen Zehntelvolt und darüber hervorruft.
Die Stärke der instabilen Ionisation und damit der zusätzliche Ionenstrom und die Zellenspannung ändern sich, wie bereits oben ausgeführt, mit der Belichtung.
<Desc/Clms Page number 4>
EMI4.1
schiedene Arten der Liehttonaufzeichnungen dar, während Fig. 5-8 geeignete Zellenformen zeigen.
Das von dem Glühfaden 3 der Lampe 1 ausgehende Lichtstrahlenbündel 7 wird durch die Kondensor- linse 5 zusammengefasst und in Form eines schmalen Lichtbandes auf den Film 9 projiziert. den es au der Stelle 11 durchsetzt. Das durch den Film hindurehtretende Licht fällt auf die Kathode 19 der Photo-
EMI4.2
Frequenzbild des Films kann nach den verschiedensten Verfahren aufgenommen sein. z. B. wie Fig. 2 zeigt, nach dem Schwärzungsverfahren. Die Schwärzung eines in seiner Breite gleichbleibenden Streifens wechselt im Rhythmus der aufgenommenen Tonfrequenzen. Hier wird stets der gleiehe Fläehenteil der Kathode 19 von dem Licht getroffen.
Die Änderung der Liehtintensität bedingt eine entsprechende Variation des ausgelösten Elektronenstromes, der seinerseits eine entsprechende Änderung des Zellenstromes bedingt. Bei einer nach dem Amplitudenverfahren ausgeführten Lichttonaufzeiehnung nach
EMI4.3
des Zellenstromes bewirkt. Auch bei einer Liehttonaufzeichnung nach Fig. 4, welche aus einer hellen. die Frequenz des Tonbildes wiedergebenden Kurve auf dunklem Grund oder auch einer dunklen Kurve auf hellem Grunde besteht, wird nur ein begrenzter Fleck der Kathode belichtet und dieser Fleck je nach der Amplitudenhöhe des Frequenzbildes auf der Kathode verschoben und hiedureh die Änderung des Zellenstromes bewirkt.
Die Elektroden der Photozelle , nämlich die bereits erwähnte Kathode 19 und die bandförmigen Anoden 15 und 17 sind über den Ankopplungswiderstand ; M an die Saugstrom- quelle 21 angeschlossen. Die durch die Beliehtungsänderung bedingten Stromänderungen der Photozelle bewirken in bekannter Weise Spannungssehwankungen an dem Belastungswiderstand ¯. Diese
EMI4.4
oder auch darüber betragen, so kann das Rohr. 39 bereits als Leistungsrohr ausgebildet sein, im Gegensatz zu den bisher bekannten Verfahren, wo das entsprechende Eingangsrohr als Spannungsverstärkerrohr ausgebildet sein muss.
Das Rohr 39 kann, wie erwähnt, in üblicher Weise gebaut sein. 37 ist die Glüh- kathode, die von der heizbatterie 33 gespeist wird. 41 ist die Anode, die über die Primärspule 43 eines Transformators 44 mit dem Pluspol der Anodenbatterie 35 verbunden ist, deren Minuspol an die Glühkathode angeschlossen ist. Die Gittervorspannung wird durch die Batterie. 31 über den Widerstand 27 an das Gitter gelegt. Der Pluspol der Vorspannbatterie. 31 liegt in üblicher Weise an der Kathode 37.
An die Sekundärspule 45 des Transformators 44 kann bereits direkt der Lautsprecher angeschaltet sein.
Sollte in besonderen Fällen die Energie noch nicht ausreichen, weil z. B. sehr grosse oder auch mehrere
EMI4.5
Das Entscheidende ist, dass das sonst erforderliche Spannungsrohr fortfällt.
In dem Schaltschema ist die Zelle 1. 1 im Querschnitt dargestellt. Die Anode ist in zwei, zweckmässig symmetrisch in bezug auf die Kathode 19 liegende Anodenbänder 15 und 17 geteilt, um eine vollständige Bestrahlung des betreffenden Teiles der Kathode 19 ohne Abschattung zu gewährleisten.
Die Anodenbänder kehren der Kathode die schmalen Kanten zu, wodurch das in Fig. 7 schematisch angedeutete Feld 49-51 grosser Dichte entsteht. Fig. 5 zeigt eine andere Ansicht der Zelle, welche erkennen lässt, dass die Elektroden schräg zueinander angeordnet sind. Diese Anordnung ist zweckmässig, um ein Tonphotogramm nach Fig. 3 oder 4, besonders Fig. 4, wiederzugeben, u. zw. aus folgendem Grunde.
Bei einem Photogramm nach Fig. 4 wird von dem auf den Film fallenden Liehtstreifen ein begrenztes Liehtbündel herausgeblendet, welches als Lichtfleek auf die Kathode 19 fällt. Je nach der Amplitndenhöhe der Kurve wandert der Lichtfleck von dem Punkt b nach dem Punkt y und entsprechend wandert die Entladungsbahn und mit dieser die ausgelöste unstabile Ionisation von dem Punkt (t nach dem Punkt e mit. Durch die schiefe Anordnung der Anoden zur Kathode wird erreicht, dass die Länge der Entladungsbahn und somit die Grösse des Zellenwiderstandes sieh ändert. Diese Änderung entspricht
EMI4.6
der Strecke e, f oder c, d oder a, b aus. Hier ändert sich also einmal die auf die Kathode fallende Lichtmenge und damit die Grosse der Entladung.
Zum ändern ändert sieh der Widerstand der Entladung-
<Desc/Clms Page number 5>
EMI5.1
wobei die Saugspannung der Batterie xj wieder unterhalb der Zündspannung zu halten ist. Bei Be- lichtung der Kathode 19 wird der Elektronenstrom ausgelöst, der seinerseits auf den Anoden 15 und 17 die unstabile Ionisation hervorruft. Die entstehende Entladungsbahn berührt auf ihrem Wege die Hilfs- elektroden 53 und 55 und bildet somit eine trägheitslose Kontaktbrücke zwischen den Hilfselektroden 53 und 55 und schliesst damit den Arbeitsstromkreis 57.
Die Steuerung des Arbeitsstromkreises 57 kann entweder durch Änderung der Dichte der Entladung bedingt werden, indem eine dichtere Entladung eine Kontaktbrücke geringeren Widerstandes bildet oder aber sie kann auch durch Verschiebung der
Entladung beispielsweise entsprechend einer Tonaufzeichnung nach Fig. 3-4 bewirkt werden. Im letzteren Fall, also bei Verwendung einer Tonaufzeichnung nach Fig. 4, muss mindestens eine Hilfs- elektrode einen Eigenwiderstand von der Grössenordnung der Teilstrecke der Entladungsbahn besitzen.
Da man hier die Hilfselektroden verhältnismässig nahe aneinander legen kann, so kann der Eigenwider- stand der Hilfselektroden in erheblich geringeren Grenzen gehalten werden, als bei einer Zelle nach Fig. 5 oder 6 erforderlich ist, bei der der Arbeitsstrom zwischen den Hauptelektroden fliesst.
Das Spannungs- potential am Belastungswiederstand 59 kann entweder einem Leistungsverstärkerrohr oder aber auch direkt dem Verbraucher zugeführt werden. Da der Zellenwiderstand im Arbeitskreis verhältnismässig gering ist, ist es möglich, statt des Kopplungswiderstandes bereits die Primärspule eines Transformators in den Arbeitskreis einzuschalten.
In den Figuren sind einige zweckmässige Bauarten von Zellen als Beispiele dargestellt. Selbst- verständlich sind die mannigfachsten Variationen in der Bauart möglich.
PATENT-ANSPRUCHE.
1. Gasgefüllte Photozelle, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugspannung so hoch gewählt wird, dass die unstabile Ionisation auf der Anode (15, 16) als Glimmhaut sichtbar wird.