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Vorriehtung zur Verstärkung von Photoströme.
Photoelektrische Zellen werden in der Regel in Verbindung mit Verstärkereinriehtungen verwendet.
Dabei wird gewöhnlich in den Ausgangskreis der Photozelle ein Widerstand geschaltet, der so gross sein muss, dass durch die kleinen Photoströme in diesem Widerstand ein zur Beeinflussung der Gitterspannung der Verstärkerröhre ausreichender Spannungsuntersehied erzeugt wird. Dieser hohe Widerstand er-
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und dem Verstärker.
Zur Vereinfachung der Verstärkung photoelektrischer Ströme hat man die Photozelle und die Verstärkerröhre bereits kombiniert und in einer einzigen Röhre untergebracht, wobei die Photokathode mit dem Steuergitter des Verstärkers und die Anode der Photozelle mit der Anode des Verstärkers verbunden werden. Diese Kombination ergab aber keinen vollständigen Erfolg. Der Aufbau der Kombination ist ziemlich verwickelt, und es ist eine Abschirmung zwischen dem photoelektrisehen Teil und dem Verstärkerteil erforderlich. Auch kann sinngemäss nur eine Hochvakuumzelle Anwendung finden.
Die Erfindung bezieht sieh auf eine Einrichtung für die Verstärkung von Photoströmen und be- zweekt, auf einfache Weise eine gute Verstärkung zu erhalten. In der Vorrichtung gemäss der Erfindung wird eine gasgefüllte elektrische Entladungsröhre verwendet, die eine Glühkathode, eine Photokathode und eine zwischen diesen Kathoden angeordnete gitterartige Anode enthält. Unter einer gitterartigen Anode ist hier eine Anode zu verstehen, die mit einer grossen Anzahl Öffnungen versehen ist und z. B. aus einem auf einem oder mehreren Stützorganen befestigten Draht oder aus einer mit einer grossen Anzahl Öffnungen versehenen Platte besteht.
Gemäss der Erfindung wird die Spannung zwischen der Glühkathode und der Anode (die Anode ist selbstverständlich positiv in bezug auf die Kathode) derart bemessen, dass zwischen diesen Elektroden ein durch Raumladung beschränkter Strom fliesst, wozu die Spannung kleiner als die Tonisationsspannung der Gasfüllung gewählt werden kann. Der Druck dieser Gasfüllung ist gering und von der bei gasgefüllten Photozellen üblichen Grössenordnung, z. B. 100 bis 125 Mikron. Gleichzeitig wird die Spannung zwischen der Photokathode und der Anode derart bemessen, dass die durch Belichtung der Photokathode erzeugten Photoströme eine Ionisation der Gasfüllung herbeiführen. Die Spannung zwischen der Photokathode und der Anode kann dazu grösser als die Ionisationsspannung der Gasfüllung gemacht werden.
Unter diesen Umständen verursacht eine kleine Änderung der Emission der Photokathode eine grosse Änderung des Stromes zwischen der Glühkathode und der Anode. Solange die Photokathode nicht belichtet wird, erfolgt keine Ionisation des Gases und wird der Strom zwischen der Glühkathode und der Anode durch Raumladung beschränkt. Wenn nun Licht auf die Photokathode fällt, fliesst ein Photostrom von der Photokathode zu der Anode, wobei eine Ionisation des Gases stattfindet. Das Mass der Ionisation ist dabei von der Grösse des Photostromes abhängig. Die meisten Ionen entstehen in der Nähe der Anode, wo die Geschwindigkeit der Photoelektronen am grössten ist. Die positiven Ionen neutralisieren teilweise die Raumladungen in der Nähe der Glühkathode.
Infolgedessen nimmt der Strom zwischen der Glühkathode und der Anode zu, wodurch eine grosse Verstärkung des Photostromes erhalten wird.
Die Erfindung wird an Hand einer Zeichnung näher erläutert, in der die Fig. 1 und 2 beispielsweise zwei Entladungsröhren darstellen, die in der Vorrichtung nach der Erfindung Anwendung finden können,
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während die Fig. 3 und 4 Schaltbilder zweier erfindungsgemässer Vorrichtungen sind. In Fig. 5 ist das Verhältnis zwischen dem Photostrom und dem Strom zwischen der Glühkathode und der Anode angegeben.
Die in Fig. 1 dargestellte Entladungsröhre enthält eine thermionische Kathode 1, die z. B. aus einem V-förmigen, mit Oxyd, z. B. Barium-und Strontiumoxyd, überzogenen Draht besteht. Die Emission
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Die Anode 2 umgibt die Kathode 1 und ist entsprechend den üblichen Gittern von Verstärkerröhren hergestellt. -Die Anode besteht nämlich aus einem auf zwei Stützstäbe gewundenen Metalldraht. Die Elektrode 2 ist von einer zylindrischen Photokathode. 3 umgeben, die mit einer grossen Anzahl Öffnungen 4 versehen ist, die so gross sind, dass das elektrostatische Feld in den Öffnungen die an der Aussenoberfläche der Photokathode emittierten Elektronen nicht verhindert, durch die Öffnungen einzutreten. Die Photokathode ist in bekannter Weise mit einer z. B. aus Cäsiumoxyd-Cäsium bestehenden photoelektrischen Schicht versehen. Die Poldrähte der Glühkathode sind mit 5 und 6, die der Anode mit 7 und 8 und die der Photokathode mit 9 und 10 bezeichnet. Sämtliche Poldrähte sind in der Quetschstelle 11 befestigt.
Der Glaskolben ist mit 12 bezeichnet. Die Röhre enthält Gas unter geringem Druck, z. B. Argon unter einem Druck von 100 bis 125 Mikron.
Für sehr genaue Messungen kann eine Entladungsröhre nach Fig. 2 verwendet werden, in der Massnahmen getroffen sind, um zu verhindern, dass durch die Glühkathode ausgesandtes Licht die Photokathode beeinflusst. Diese Röhre enthält eine aus einem geraden Draht bestehende Glühkathode 1, die von der gitterförmigen Anode 2 umgeben ist. Die Photokathode 3 besteht aus einer flachen Platte, die mit einer photoelektrisehen Schicht bedeckt und derart angeordnet ist, dass die Glühkathode in der gleichen Ebene wie die Photokathode liegt, so dass nur der der Glühkathode zugekehrte Rand der Photokathode den von der Glühkathode ausgehenden Strahlen ausgesetzt ist. Abschirmung dieses Randes kann ferner mittels eines schmalen Schirmes M erhalten werden, der an den Ringen 14 der Anode befestigt ist.
Die Photokathode befindet sich im Schatten, den dieser Schirm bei Belichtung durch die Glühkathode wirft.
Auf diese Weise wird die Photokathode ausschliesslich durch das bewusst auf die Photokathode geworfene Licht beeinflusst.
In der in Fig. 3 schematisch dargestellten Vorrichtung wird die thermionische Kathode durch die Batterie 15 gespeist, die eine Spannung von 1'5 Volt hat. Die Anode 2 wird in bezug auf die Kathode 1 durch die Batterie 16 auf einer positiven Spannung von 6 Volt gehalten, während die Photokathode mittels der Batterie 17 von 45 Volt sowohl in bezug auf die Anode 2 als auch in bezug auf die Kathode 1 negativ gemacht ist. Zwischen die Batterie 16 und die Anode 2 ist das Relais 18 geschaltet. Wenn kein Licht auf die Photokathode auftrifft, so wird die Röhre nicht von Photostrom, sondern nur von einem geringeren Elektronenstrom zwischen der Glühkathode und der Anode durchsetzt. Dieser Strom wird durch Raumladungen begrenzt und ist nicht zur Erregung des Relais 18 imstande.
Wenn dagegen die Photokathode belichtet wird, so emittiert diese Kathode Elektronen, die sich in Richtung der Anode 2 und der Glüh-
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Anode und der Photokathode ist erheblich grösser als die Ionisationsspannung des Gases, so dass die Photoelektronen das Gas ionisieren und positive Ionen erzeugen. Die Anzahl positiver Ionen ist von der Anzahl der durch die Photokathode emittierten Elektronen abhängig. Diese positiven Ionen neutralisieren einen Teil der Elektronenraumladung zwischen der Kathode 1 und der Anode 2.
Ein verhältnismässig kleiner von der Photokathode : J ausgehender Photostrom erzeugt eine hinreichende Menge Ionen, um die Raumladung wesentlich zu beeinflussen und infolgedessen eine verhältnismässig grosse Änderung des Elektronenstromes zwischen der Glühkathode 1 und der Anode 2 herbeizuführen, der dann imstande ist, das Relais 18 zu erregen.
In der Vorrichtung nach Fig. 4, die z. B. in Fernsehapparaten oder Apparaten zur Bildübertragung Anwendung finden kann, ist zwischen die Batterie 16 und die Anode 2 die Primärwicklung 19 eines Kopplungstransformators geschaltet, wobei die Spannung der mit 16 bezeichneten Batterie 15 Volt
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für die auf bekannte Weise mit Verstärkerröhren gekoppelten Photozellen erforderlich ist.
Fig. 5 zeigt eine Kurve 20, die den Elektronenstrom zwischen der Glühkathode und der Anode als Funktion des Photostromes angibt. Der erstgenannte Strom ist als Ordinate abgesetzt und in Milliampere ausgedrückt, während der Photostrom auf der Abszissenachse angegeben und in Mikroampere ausgedrückt ist. Im dargestellten Fall korrespondiert ein Photostrom von 1 Mikroampere mit einem Elektronenstrom zwischen der Glühkathode und der Anode von etwa 3 Milliampere. Eine Zunahme des Photostromes bis 3 Mikroampere verursacht eine Zunahme des Elektronenstromes bis 4'2 Milliampere.
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