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Verstärkungsvorrichtung für schwache Wechselströme mit Entladungsröhre.
Zur Verstärkung schwacher Wechselströme sind Einrichtungen bekannt, die im. wesentlichen aus einer mit einem möglichst reinen Edelgas (Neon, Algon) gefüllten Entladungsröhre (Gaszelle) bestehen. Eine solche Röhre enthält im allgemeinen zwei Elektrodenstrecken, die sich gegenseitig beeinflussen, und es ist eine derselben in einem Batteriestromkreis angeordnet, welcher zugleich die zu verstärkenden Ströme mittels eines Übertragers aufnimmt, während die zweite anschliessende Elektrodenstrecke zusammen mit einer Hilfsstromquelle im Stromkreis eines Empfangsapparates (z. B. Telephons) liegt. Durch die im ersteren Kreis angeordnete Batterie wird die in diesem Kreis liegende Elektrodenstrecke ionisiert.
Indem dann diese Ionisation durch die aufgenommenen Ströme verändert wird, tritt sie in erhehlicher Stärke in die angrenzende Elektrodenstrecke über und macht diese leitend, wodurch in demselben Rhythmus die Energie der Hilfsstromquelle zur Wirkung auf den Empfangsapparat gebracht wird (vgl. österr. Patent Nr. 74892).' Gegenstand der Erfindung ist die Ausbildung von solchen Röhren derart, dass der Wirkungs- grad der Vorrichtung erhöht wird. Dies kann auf die eine Art dadurch erzielt werden, dass neben den drei, die erwähnten beiden Elektrodenstrecken eingrenzenden Elektroden (Kathode, Sieb, Anode) noch eine vierte Elektrode, und zwar in der "ersten" Elektrodenstrecke, d. h. zwischen der Kathode und dem Sieb, vorgesehen wird.
Auf diese Weise wird erreicht, dass das Sieb oder Steuergitter nicht mehr im Feld der Glimmlichtentladung liegt, in welcher sich die Elektronen mit grosser Geschwindigkeit unter dem Druck von etwa 70 bis 200 Volt Spannung bewegen, sondern nur noch die aus diesem Feld austretenden Elektronen zu beeinflussen braucht, wozu eine weit geringere Kraft gehört, so dass eine höhere Verstärkung sich ergibt. Der Raum, welcher
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Auf eine andere Art wird derselbe Zweck dadurch erreicht, dass die mittlere der drei Elektroden, das Sieb, gegen den zur Anode gehenden Ionenstrom isoliert wird, indem man es entweder auf der Aussenseite der Röhre oder zwar in der Röhre, jedoch in einer Falte der Wandung anordnet oder endlich als Drahtnetz aus isoliertem Draht ausbildet.
Hierdurch wird eine Berührung der metallischen Oberfläche der Siebelektrode durch die Ionen und somit ein Verluststrom durch das Metall der Siebelektrode verhindert.
Jede der beiden den Wirkungsgrad erhöhenden Vorkehrungen ist ohne die andere anwendbar und unabhängig von dieser, so dass entweder die eine oder die andere dem Erfindungszweck ent-
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Röhre vorgesehen.
Die Erfindung betrifft ferner noch andere Vorkehrungen, die ebenfalls den Wirkungsgrad der Vorrichtung erhöhen. Diese Einrichtungen sind ebenso wie eine Einrichtung, um die Röhre erstmalig zu zünden, im nachfolgenden beschrieben.
In Fig. I und 2 der Zeichnung sind zunächst einige Ausführungsformen der Röhre mit drei Elektroden veranschaulicht. Eine z. B. mit Helium gefüllte Glaslöhre (Fig. i) ist durch eine Einschnürung in einen unteren Raum A und einen oberen Raum B geteilt. Im unteren Raum A befindet sich die ringförmige Elektrode a, welche mit einer Kalium-Natriumlegierung belegt ist. An der Stelle der Einschnürung ist eine weitere Elektrode b und im oberen Raum B die Elektrode d angeordnet. Die Elektrode bist, anstatt innen in der Röhre, auf der Aussenseite
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derselben angeordnet.
Die Elektroden a und b sind durch eine Leitung verbunden. in seither ausser einer Batterie el, die zur Ionisierung der Stiecke a. b dient, ein Übertrager t sich befindet.
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ist eine Batterie e2 und ein Telephon li gelegt. Infolge dei Potentia ! veiänderung bei a und b, die durch die wirkung des Übertragers t veru@sacht wird, tritt die Ionisation aus dem Raum A durch die Einschnürung in den Raum B und macht die Strecke b, d leitend, wodurch das Telephon h
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stärkt sind.
Der Stromkreis des Hörers li enthält hier die beiden Elektrodenstrecken und zwei Batterien ex, ex hintereinander, dagegen nicht den Ohmschen Widerstand des Übertragers t. so dass kein Gleichstrom durch den letzteren fliesst. Diese Anordnung ist für einen hohen Wirkunggrad der Vorrichtung vorteilhaft.
Fig. 2 zeigt eine Anordnung ähnlich der Fig. i, doch ist die mittlere Elektrode b im Innern der Röhre angeordnet. Die Elektrode b hat die Form eines Ringes, durch den der Ionenstrom der Elektrode a nach d hindurchtritt. Gegen Belührung mit diesem Strom ist die Elektrode b durch den eingesetzten Glastrichter g geschützt, der zusammen mit der Röhrenwand eine Falte zur Aufnahme der Elektrode b bildet.
Anstatt eine solche Faltung anzuordnen, kann man die Elektrode b als durchlässiges Netz @(sogenanntes #Sieb") ausbilden, das aus einem z. B. durch Emaillierung isolierten Draht hergestellt und unmittelbar in den Ionenstrom hineingelegt wird.
Die Röhre nach Fig. 3 besitzt im ganzen vier Elektroden a, i, i, b, d. Die Wirkungsweise dieser Röhie ist folgendermassen. Durch die Potentialdifferenz zwischen den Elektroden a und i wird infolge Entstehung einer Glimmlichtentladung eine dauernde Ionisierung des Heliums im Raum a, i hervorgerufen, die auch den Raum bis zur Elektrode b hin erfüllt. Die Elektrode b
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Spannung zwischen den Sieben i und b muss derart feinreguliert werden, dass sie nicht höher als die Ionisierungsspannung des betreffenden Edelgases ist. welche mit der Geschwindigkeit der aus dem Raum a-i durch das Sieb tretenden Elektronen übereinstimmt.
Die günstigste Einregulierung ist derart, dass die Gegenspannung zwischen i und b gleich der Differenz zwischen der Ionisierungsspannung und der maximalen Spannungsamplitude des'durch den Übertrager t zugeführten Wechselstromes ist. Durch die Gegenspannung bzw. durch das Gegenfeld werden die Elektronen entweder zum Sieb i in Parabelbögen zurückgeworfen oder sie gehen mit sehr veiminderter Geschwindigkeit durch das Sieb b hindurch. Ihre Anzahl wird verändert, indem der Übertrager dem Sieb b ein Wechselpotential aufdrückt, und hierdurch wird die Stromverstär- kung im Hörer A, gegebenenfalls unter Mithilfe der Batterie C2 erzielt.
Im Raum a-i findet dauernd Stossionisation statt, im Raum i-b dagegen niemals und im Raum b-d in wechselndem Masse entsprechend der Kurvenform des zu verstärkenden Stromes. Die Spannung zwischen der Anode und dem Sieb b muss deshalb so einreguliert werden, dass sie grösser ales die Ionisierungs-
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ausgezogen und ein Schirm g aus Blei oder Bleiglas oder einem anderen radioaktive Strahlen absorbierenden Material an der Kathode vorgesehen ist, welcher an der Innenseite mit radioaktivem Material belegt ist. Letzteres bestrahlt die Kathode, während durch den Schirm g die Bestrahlung der Elektrodenstrecke selbst und der Anode verhindert wird.
Durch diese Vor- kehrungen wird das Kathodengefälle des Elektronenstromes noch weiter herabgedrückt, so dass die erforderliche Batteriespannung weiter reduziert werden kann. Die Kathode enthält ausserdem zweckmässig Substanzen, die die vorhandenen oder im Betrieb entstehenden Verunreinigungen des Gases mit Hilfe der Glimmentladung absorbieren.
Durch die zu einer Spitze ausgezogene Anode wird gegenüber der Plattenform eine weit
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als das sogenannte positive Minimumpotential der Spitze ist (vgl. Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft, Braunschweig 1913. S. 705 bis 709).
Um bei niedriger Spannung der Batterie ei die Einleitung des Elektronenstromes herbeizuführen, ist eine Selbstinduktionsspule L derart angeordnet, dass sie durch eine die Elektrodenstrecke a , i kurzschliessende Taste s in den Stromkreis der Batterie ei vorübergehend eingeschaltet
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Die Taste s wird zweckmässig mit dem nicht gezeichneten Hauptschalter, der den Stromkreis der Batterie el + e2 schliesst, derart gekoppelt oder sonstwie vereinigt, dass keine besondere Handhabung für die Zündung erforderlich ist.
Fig. 5 und 6 zeigen eine verbesserte Zündungsschaltung für die Röhre mit vier Elektroden.
Ferner sind beispielsweise andere Batterieschaltungen dargestellt, die so oder ähnlich auch bei der Röhre nach Fig. 3 angewendet werden können. Wesentlich ist stets, dass zwischen der Kathode a und der Elektrode i die leuchtende Entladung, zwischen der Elektrode i und der Elektrode b ein Gegenfeld und zwischen der Elektrode b und der Anode dein Beschleunigungsfeld zustande kommt. Die Kathode a ist ferner hohlkugelförmig gestaltet, indem sie z. B. den Belag des gewölbten Röhrenendes bildet. Durch diese Qder auf andere Art erzielte Vergrösserung Der Kathodenfläche ist man in der Lage, die Batterie zwischen a und i zu verkleinern, was insbesondere für transportable Einrichtungen von Bedeutung ist. Die passende Vergrösserung der Kathode ist erreicht, wenn das Glimmlicht die Kathodenfläche nahezu ganz bedeckt.
Bei zu kleiner Fläche erstreckt es sich auch auf die Glaswand, wodurch ein anormaler Kathodenfall verursacht wird, der nur durch eine Vergrösserung der Batterie wettgemacht werden könnte.
In Fig. 5 liegt der Übertrager wie in Fig. 4 einerseits am Sieb b, andrerseits an einem wählbaren mittleren Punkt der Batterie el + e2, dagegen ist vor den Hörer h noch die Batterie ea geschaltet, welche dem Hörer eine verstärkte Energie zuführt. Die Zündungstaste s ist derart angeordnet, dass über ihren Ruhekontakt ein Kondensator C parallel zur Zündspule L geschaltet ist.
Hierdurch wird verhindert, dass der Wechselstrom von t auf dem Wege zum Sieb i durch den grossen induktiven Widerstand von L zu sehr geschwächt wird. Er nimmt seinen Weg nunmehr vorzugsweise über den Kondensator C.
In Fig. 6 ist die Zündungsanordnung die gleiche wie in Fig. 5, jedoch ist hier der Übertrager t einerseits an das Sieb b, andrerseits an denselben Punkt der Batterie ei wie das Sieb i angeschlossen. Um hierbei die Beeinflussung des Potentials von b durch den zugeführten Wechselstrom zu ermöglichen, ist ein Kondensator C'in Reihe mit der Ubertragerwicklung geschaltet.
Der Widerstand w der Fig. 5 und 6 ist ein hochohmiger Regulierwiderstand, der in dem Masse verringert wird, wie die Spannung von ei (Fig. 6) bzw. el + ea (Fig. 5) allmählich sinkt.
Auf diese Weise wird ein Verlöschen der Röhre verhindert.
Die Zündung der Röhre kann erfindungsgemäss auch ohne besondere Mittel und Handhabungen erzielt werden, und zwar in der Weise, dass statt des Induktionsstosses von L die Ruhespannung der Batterie ei (Fig. i bis 3 und 6) bzw. el + e2 (Fig. 4 und 5) benutzt wird. Dies wird durch geeignete Wahl des Abstandes zwischen a und i erzielt, welchen man zweckmässig durch den Versuch ermittelt. Die Zündung erfolgt dann ohne weiteres beim Einschalten der Röhre mittels des in sämtlichen Figuren nicht gezeichneten Hauptschalters. Der richtige Abstand entspricht im übrigen der Formel von Paaschen (vgl. J. J.
Thomson, Elektrizitätsdurchgang in Gasen, Leipzig 1906, S, 387 bis 389), welche die Beziehung zwischen Gasdruck und Elektroden-
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den Abstand einmal durch Versuch ermittelt, so ergibt sich derselbe für eine andere Batterieruhespannung und einen anderen Gasdruck rechnerisch aus der Formel.
PATENT-ANSPRÜCHE : i. Verstärkungsvorrichtung für schwache Wechselströme mittels Entladungsröhre mit einer Kathode aus elektronegativer Substanz (K-Na-Legierung), einem Steuergitter und Füllung mit Edelgasen (Helium, Argon usw. ), dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergitter aus dem eigentlichen Entladungsfeld entfernt ist, und zwar entweder elektrisch, indem zwischen der Kathode (aj und dem Steuergitter (b) eine vierte Elektrode (i) angeordnet wird (Fig. 3), welche bei Anlegung einer Stromquelle (eJ von geringer (70 bis 200 Volt) Spannung zwischen sich und der Kathode eine gesonderte, nur als.
Elektronenquelle dienende konstante Glimmlichtentladung erzeugt und gegenüber dem Steuergitter (b) ein positives Potential besitzt, so dass die aus dem Glimmlichtraum austretenden Elektronen ein als elektrostatische Sperrung wirkendes Gegenfeld durchlaufen, oder mechanisch, indem das Steuergitter (b) auf der Aussenseite der Röhre (Fig. i) oder in einer Falte der Innenwandung (Fig. 2) angeordnet oder als ein Netz aus isoliertem Draht ausgebildet wird, zum Zwecke, den Wirkungsgrad der Röhre zu verbessern.