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Trägheitsarmer Widerstand mit fallender Stromspannungskennlinie.
Die Erfindung betrifft eine besondere Ausbildung von Widerständen mit einer fallenden Stromspannungskennlinie, bei denen diese durch den Einfluss der im Widerstand entwickelten Stromwärme entsteht und die als sogenannte thermonegative Widerstände bekannt sind. Für die Herstellung derartiger Widerstände sollen Leiter mit negativen Temperaturkoeffizienten ihres Widerstandes Verwendung finden, die im folgenden als !'I. -Leiter gekennzeichnet sind im Gegensatz zu ss-Leitern, die einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweisen.
Die Erfindung betrifft einen trägheitsarmen Widerstand mit fallender Kennlinie, der aus einem zylinderförmigen Leiter aus homogenem, nicht porösem Material mit negativem Temperaturkoeffizienten (a-Leiter) besteht, und ist dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Erreichung einer möglichst kleinen thermischen Zeitkonstante die Achsenlänge und der grösste Durchmesser des Widerstandskörpers in der Grössenordnung von ein Zehntel mm und darunter liegen, und dass der Widerstandskörper zwischen zwei wärmeableitenden Metallelektroden gelagert ist, deren Ausdehnung quer zur Stromrichtung des a-Leiters gross gegenüber dem kleinsten Durchmesser des a-Leiters ist.
Es sind zwar schon Widerstände bekannt geworden, die aus einem-zylinderförmigen Leiter aus homogenem, nicht porösem Material mit negativem Temperaturkoeffizienten bestehen, jedoch vermochte diese Widerstände schnellen Stromänderungen nicht zu folgen, da der Widerstandskörper gegenüber dem Erfindungsgegenstand verhältnismässig grosse Ausdehnung besass. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass zur Erzielung eines trägheitsarmen Widerstandes mit fallender Kennlinie äusserst kleine Körper, deren Abmessungen in der Grössenordnung von 1/10 mm und darunter liegen, erforderlich sind.
Es ist zwar bereits vorgeschlagen worden, negative Widerstände, die aus einem Leiter von sehr geringem Querschnitt bestanden, herzustellen. Bei diesen bekannten Anordnungen fehlte jedoch das weitere Kennzeichen der Erfindung, dass für eine sehr gute Wärmeabfuhr Vorsorge getroffen sein muss.
Die bekannten Widerstände von kleinen Abmessungen befanden sieh in Luft, die ja bekanntlich ein sehr schlechter Wärmeleiter ist. Die Erfindung kann jedoch erst dann wirksam werden, wenn auch für eine sehr gute Wärmeabfuhr gesorgt ist. Dies wird gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass der äusserst kleine Widerstandskörper auf beiden Seiten von die Wärme sehr gut leitenden Elektroden begrenzt ist, deren Ausdehnung gegenüber dem Widerstandskörper sehr gross ist.
Die Widerstände gemäss der Erfindung sind besonders zur Verstärkung elektrischer Schwingungen geeignet.
Um die Wärmeleitfähigkeit der Elektroden zu erhöhen, empfiehlt es sich, die Elektroden ganz oder teilweise aus Silber herzustellen.
Nach der weiteren Erfindung, die eine besonders praktische Ausführungsform darstellt, wird ein draht-oder bandförmiger, insbesondere gestreckter a-Leiter in ein festes temperaturbeständiges Isoliermaterial gebettet, wobei die Wärmeabfuhr sowohl an den Stirnflächen, d. h. in der Stromrichtung, als auch in das Isoliermaterial hinein, d. h. quer zur Stromrichtung erfolgt. Insbesondere lässt sich bei geeigneter Dimensionierung und geeignetem Isolatormaterial, wie z. B. kristallisiertem Material, erreichen, dass der a-Leiter quer zur Stromrichtung relativ stark gekühlt wird, wodurch die thermische Zeitkonstante zusätzlich verkleinert wird.
Eine solche Verkleinerung der Zeitkonstante ist im Hinblick auf die Ver-
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stärkung höherer elektrischer Frequenzen wie bereits angedeutet, notwendig. Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus den nachfolgend beschriebenen Beispielen hervor, die durch Figuren veranschaulicht sind.
In Fig. la ist eine prinzipielle Anordnung dargestellt, wobei mit 1 ein Stück eines < x-Leiters, z. B. eines Metalloxydes bezeichnet ist, das zwischen zwei Metallelektroden 2 und 3 angeordnet ist, die zur Zu-bzw. Ableitung des Stromes dienen. Der Körper 1, -kann einen beliebigen Querschnitt, z. B. nach Fig. 1b, also die Form eines allgemeinen Zylinders besitzen, wobei der Strom in Richtung der Zylindererzeugenden fliesst. Der Körper 1 wird zweckmässig aus einem Draht oder Band durch Abschneiden eines Stückes hergestellt. Aus Gründen der Einfachheit empfiehlt es sich, einen kreisförmigen Querschnitt für den Körper 1 zu wählen.
Eine andere Herstellungsmethode gemäss der Erfindung besteht darin, dass eine ausgedehnte Schicht eines a-Leiters auf einer der Metallelektroden fest und gut leitend aufgebracht und nachträglich, unter Aussparung der zur Stromleitung benötigten Zylinderscheibe auf mechanischem oder chemischem Wege wieder entfernt wird. Wie bereits oben erwähnt, wird den Elektroden 2 und 3 eine grosse Ausdehnung senkrecht zur Stromrichtung gegeben, z. B. können kreisförmige Elektroden gewählt werden, deren Durchmesser gross gegenüber dem des Körpers 1 ist.
Um auch die Wärmeableitung senkrecht zur Stromrichtung im Sinne der Erfindung günstig zu beeinflussen, ist es nach der weiteren Erfindung äusserst vorteilhaft, den o : -Leiter in radialer Richtung mit einem temperaturbeständigen Isolator zu umgeben, wie dies in Fig. 2 angedeutet ist, wo 4 den Isolator darstellt. Zur praktischen Durchführung dieses Gedankens ist es zweckmässig, den Körper 1 mit dem ihn umhüllenden Isolator aus einem Draht herzustellen, der in ein Rohr aus entsprechendem Isoliermaterial, z. B. in eine eng anschliessende Glaskapillare eingeführt und in seiner ganzen Länge, unter Vermeidung von Luftblasen oder Hohlräumen, fest darin eingeschmolzen ist.
Aus einem derartigen Körper wird sodann eine Scheibe herausgeschnitten, die planparallel bis auf die gewünschten Dimensionen heruntergeschnitten oder geschliffen wird. Dieser Vorgang ist in Fig. 3 angedeutet, wo 1 den o : -Leiter, 4 die Glaskapillare und a, b die Begrenzungen des Körpers darstellen, der nach dem Herunterschneiden oder-schleifen erhalten wird.
Um die gewünschte Trägheitslosigkeit bezüglich der Wärmeableitung zu erzielen, sind Abmessungen
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dem Durchmesser dieses Leiters Werte bis herab zu Vi, mm und Bruchteilen davon gegeben werden.
Es kann vorteilhaft sein, Durchmesser und Länge des a-Leiters in der gleichen Grössenordnung zu wählen.
Um den Kontakt des α-Leiters mit den Elektroden an den Stirnflächen möglichst innig zu gestalten, empfiehlt es sich, die beiden planparallelen Flächen des Körpers 1, 4 mit je einer festhaftenden Metallschicht zu versehen, mit der weitere massive Elektroden in innigen Kontakt gebracht werden. Die Fig. 4 zeigt dafür ein Beispiel. Die festhaftenden Metallschichten sind dabei mit 5, 6 bezeichnet, während die massiven Elektroden in Übereinstimmung mit Fig. la wieder durch 2,3 dargestellt sind. Es empfiehlt sich auch, den Formkörper erst herunterzuschleifen, nachdem die eine der planparallelen Seiten fest mit ihrer metallischen Elektrode verbunden ist.
Dieses Verfahren ist in Fig. 5 angedeutet, wo 3 die eine massive Elektrode, 6 die festhaftende Metallschicht und 1, 4 den Formkörper bezeichnen. a stellt die Begrenzungsfläche dar, bis zu welcher der Formkörper heruntergeschliffen wird, nachdem dieser bereits mit 6 fest verbunden ist.
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Glaskapillare, wie bereits erwähnt. Die Einbettung kann auch dadurch bewirkt werden, dass das Isoliermaterial im schmelzflüssigen Zustande an den festen (.-Leiter ankristallisiert wird, z. B. durch Eintauchen des α-Leiters in geschmolzenes NaCl, AgCl oder deren Mischungen, in flüssigen Schwefel oder andere unter 10000 schmelzende Isolatoren.
Die Einbettung kann ferner auch durch Einsintern des festen o : -Leiters in einen vorher pulverförmigen Isolator erfolgen, wobei gegebenenfalls chemische Reaktionen im Innern des Isolators zur Hilfe genommen werden können.
Als Material für die Drähte oder Bänder des a-Leiters, aus welchem die negativen Widerstände hergestellt werden, empfiehlt es sich, hochschmelzende Oxyde, wie CuO oder Uns, zou verwenden. Diese werden zweckmässig zunächst gepulvert und vor oder nach der endgültigen Formgebung in einem Glühofen in passender Atmosphäre so hoch gesintert, dass ein völlig homogenes, nicht poröses Material entsteht. Die geeignete Leitfähigkeit bzw.
Charakteristik des < x-Leiters lässt sich auch dadurch erreichen, dass Drähte oder Bänder aus geeignetem Metall in die Form gebracht werden, in welcher sie im negativen Widerstand zur Verwendung gelangen sollen, und dass sie in diesem Zustand durch chemische Reaktionen in Verbindungen überführt werden, die für die Herstellung der fallenden Charakteristik geeignet sind.
Dies Verfahren hat den besonderen Vorteil, dass eine völlig homogene und reproduzierbare Struktur des'x-Leiters, wie sie gemäss der Erfindung angestrebt wird, auf diesem Wege besonders gut zu erreichen ist. Es ist ferner bei oxydischen ex-Leitern empfehlenswert, das Isolatormaterial, in welches der a-Leiter gebettet wird, je nach dem gewünschten Sauerstoffgehalt des a-Leiters vor der Einbettung desselben oxydierend oder reduzierend zu behandeln, soweit das ohne Überschreitung der Existenzgrenzen des betreffenden Oxydes möglich ist, damit die chemischen Potentiale des Sauerstoffs im Isolator und α-Leiter
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einander genähert werden und dadurch eine Änderung des Sauerstoffgehaltes des a-Leiters bei dem thermischen Einbettungsprozess vermieden wird.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Trägheitsarmer Widerstand mit fallender Charakteristik, bestehend aus einem zylinderförmigen Leiter aus homogenem, nicht porösem Material mit negativem Temperaturkoeffizienten (a-Leiter), der gegebenenfalls längs des Zylindermantels in ein festes temperaturbeständiges Isolatormaterial eingebettet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Erreichung einer möglichst kleinen thermischen Zeitkonstante die Aehsenlänge und der grösste Durchmesser des Widerstandskörpers in der Grössenordnung von vit mm und darunter liegen, und dass der Widerstandskörper zwischen zwei wärmeableitenden Metallelektroden gelagert ist, deren Ausdehnung quer zur Stromrichtung des ! X-Leiters gross gegenüber dem kleinsten Durchmesser des a-Leiters ist.