Gittergesteuertes Entladungsgefäss mit Gas- oder Dampffüllung und Liclitbogen- oder lichtbogenartiger Entladung. Die Erfindung bezieht sich auf gitter gesteuerte Entladungsgefässe mit Gas- oder Dampffüllung und Lichtbogen- oder licht bogenähnlicher Entladung und bezweckt, in derartigen Gefässen den Steuervorgang von störenden Einflüssen, zum Beispiel thermi scher oder elektrostatischer 'Natur unabhän gig zu machen.
Entladungsgefässe der obenbezeichneten Art enthalten als Gasfüllung ein ionisier- bares Xedium, beispielsweise. Quecksilber oder Argon, von einem Gasdruck, der ge nügend hoch ist, um eine liehtbogenartige Entladung aufrecht erhalten zu können. Bei einer solchen Entladung besitzen die Gefässe ini allgemeinen eine ebene oder schwach ne gative Stromspannungscharakteristik.
Die Entladungsstromstärke lässt sich in diesen Gefässen mit lichtbogenähnlicher Ent ladung nicht unmittelbar steuern. Das Gitter kann jeweils nur das Einsetzen der Entla dung regeln und Trat, nachdem diese einmal eingesetzt hat, überhaupt keinen Einfluss mehr. Die Entladung erlischt erst wieder, wenn die Anodenspannung verschwindet. Bei Anlegen einer Wechselspannung an die Röhre kann das Gitter das Einsetzen der Entladung irr jeder positiven Halbwelle der Speisewechselspannung bewirken und damit den hindurchzulassenden Teil dieser positi ven Halbwolle bestimmen. Auf diese Weise wird eine Steuerung des Mittelwertes der Entladungsstromstärke erreicht.
In den bisher bekannten Entladungsge fässen liegt das Gitter meist so zwischen Ka thode und Anoden in der Entladungsbaliir, dass die Ausbildung des zur Steuerung des Elektronenstromes erforderlichen Feldes über eine grosse Breite der Entladungsbahn ge währleistet ist. Das Gitter ist infolgedessen in den meisten Fällen ziemlich gross. - Es hat sich rinn gezeigt, dass der Steuervorgang in der Röhre wegen der Lage und wegen der Grösse des Gitters nicht nur temperatur- empfindlich ist, sondern auch störend von zwischen Kathode und Anode stets über gehenden geringen Strömen schädlich beein- flusst wird.
Weiterhin gibt auch das von der Kathode abdampfende. sich auf dem Steuer gitter niederschlagende emittierende Material Anlass zu Störungen. Wenn das Gitter gegen die von Kathode und Anode ausgestrahlte Hitze nicht genügend abgeschirmt ist und heiss wird, kann das auftreffende emittie rende Material zu einer Elektronenemission Anlass geben, die dem durch entsprechende Aufladung des Gitters bestimmten Steuer effekt entgegenwirken kann.
Auch die Kapazität zwischen dem Steuergitter und einer der Anoden oder der Kathode kann, obgleich sie verhältnismässig gering ist, den Stenervorgang in schädlicher Weise beeinflussen, da die elektrostatische Induktion zwischen diesen verschiedenen Elektroden bei einem plötzlichen hohen Spannungswechsel bezw. einem Wechsel in der Leitfähigkeit des Gefässes oder ange schalteter benachbarter Gefässe sehr erheb lich werden kann.
Wenn nämlich ein Ent ladungsgefäss in einer Anordnung von meh reren Röhren durch Aufdrücken einer be stimmten Spannung auf das Steuergitter gezündet wird, so sinkt die an dem Entla dungsgefäss liegende, unter Umständen sehr hohe Spannung augenblicklich auf einen ver hältnismässig kleinen 'v#Tert von ungefähr 10 bis 20 Volt ab. Dieser plötzliche Spannungs wechsel erzeugt häufig in einem oder meh reren angeschalteten andern Gefässen einen Spannungsstoss, welcher ein vorzeitiges Zün den dieser Gefässe oder überhaupt ein nicht einwandfreies Arbeiten der Gitter eben wegen der elektrostatischen Induktion zwi schen den Gittern und den zugehörigen Hauptelektroden, verursacht.
Für eine einwandfreie Steuerung des Entladungsstromes ist es erforderlich, dass die Entladung durch ein bestimmtes Poten tial am Gitter an einem fest vorgegebenen Punkt innerhalb der positiven Halbwelle, oder überhaupt zu einem fest vorgegebenen Zeitpunkt, unabhängig vom augenblicklichen thermischen und elektrischen Zustand des Entladungsgefässes auch wirklich gezündet wird.
Gemäss der Erfindung wird ein möglichst exaktes Steuern des Entladungsstromes da durch erreicht, da.ss indem Entladungsgefäss ausser dem Steuergitter, zur Ausschaltung störender Einflüsse auf den Steuervorgang ein an ein Steuerpotential gelegtes Hilfsgit ter vorgesehen wird. Das Hilfsgitter kann dabei so ausgebildet werden, dass es das Hauptgitter thermisch oder elektrisch ab schirmt und ist dann bei entsprechender Aufladung imstande, die Steuerung des Ent ladungsstromes mittelst des Hauptgitters praktisch vollkommen unabhängig von dem augenblicklichen thermischen bezw. elek trischen Zustand des Rohres zu machen.
Ein weiterer Vorteil des Hilfsgitters ist der, dass das Entladungsgefäss durch das Hilfsgitter derartig empfindlich gemacht werden kann, dass es schon auf schwächste Energieschwan kungen im Hauptgitterstromkreis anspricht.
Das Hilfsgitter kann entweder zwischen Kathode und Hauptgitter angeordnet sein, derart, dass das Hauptgitter von der Kathode aus nicht "gesehen" werden kann und somit gegen die von der Kathode ausgestrahlte Wärme und auch gegen etwa abgedampftes emittierendes Material weitgehend geschützt ist. Soll das Hauptgitter gegen ein zu star kes Feld der Anode abgeschirmt werden, so ist es zweckmässig, das Hilfsgitter zwischen Anode und Hauptgitter anzuordnen.
In vielen Fällen ist es zweckmässig, das Hilfsgitter aus mehreren Teilen derart aus zubilden, dass ein Teil zwischen Hauptgitter und Anode und ein anderer Teil zwischen Kathode und Hauptgitter liegt. Es ist ins besondere vorteilhaft, dem Hilfsgitter die Form eines die Entladungsbahn umgebenden Zylinders zu geben und innerhalb dieses Zy linders senkrecht zur Entladungsbahn zwei Gitterquerplatten anzuordnen, zwischen denen das durch eine seitliche Öffnung im Zylin dermantel eingeführte, nur kleine Steuergit ter angebracht ist.
Von besonderem Vorteil ist es, die (eine oder mehrere) quer zur Entladungsbahn lie genden Platten des Hilfsgitters mit nur einer zentralen Öffnung zu versehen, derart, dass < lie Entladung zwischen Kathode und Anode auf einen schmalen Pfad zusammengedrängt wird. so dass zur Steuerung ein verhältnis mässig kleines, nur wenig Energie ver brauchendes Hauptgitter notwendig ist.
Zur Erläuterung der Erfindung sind in iler Zeichnung Ausführungsbeispiele des Er findungsgegenstandes dargestellt. Abb. j zeigt teilweise im Schnitt und teilweise in der Draufsicht ein Entladungsgefäss mit den dazugehörigen Anoden- und Steuerstrom- hreisen; Abb. 2 zeigt einen Teil der Gitter anordnung perspektiviseh und in Abb. 3 ist eine weitere Schaltanordnung mit einem Ent ladungsgefäss gemäss der Erfindung dar gestellt.
In Abb. 1. bedeutet 1. die Wandung eines Entladungsgefässes mit einem Quetschfuss 2. 3. In dem Gefäss' sind eine Glühkathode -1 #, ein Steuerergitter 5 und eine Anode 6 ange ordnet. Die Kathode ist indirekt geheizt und besitzt einen in den Zylinder 8 eingesohlosse- nen Heizkörper 7 und radiale Wände 9. Ein Metallzylinder umgibt diese Wände und bil (let so eine Anzahl von Hohlräumen, die mit emittierendem Material, beispielsweise einem h#rdalkalioxyd, überzogen sind.
Die Kathode wird von dem Quetschfuss mittels steifer Drähte 10 getragen, von denen ein paar gleichzeitig als Stromzuführungen dienen können. Ein Wärmeschirm 11, vorzugsweise aus Metall, kann an einem dieser Leiter be festigt werden, um den Quetschfuss vor der @-on der Kathode ausgestrahlten Hitze zu sehützen.
Die Anode 6 besitzt. die Form eines fla.- ehen, am Rande nach oben gebogenen Metall- stückes und ist karbonisiert oder auf irgend eine andere Weise mit Kohlenstoff über zogen. Die Anodenzuführung 12 trägt die Anode und ist am entgegengesetzten Ende wie die Kathode in das @llasgefäss einge schmolzen. Das Steuergitter 5 besteht aus einer kleinen Metallspirale oder einer Mehr- zahl von verhältnismässig dünnen Drahtrin gen, welche untereinander in der Längsrich tung durch starre Drähte 13 zusammenge halten werden. In der in der Abbildung dar gestellten Ausführungsform ist jeder Ring der Drahtspirale an die Drähte 13 ange schweisst.
Das Steuergitter besitzt einen ver hältnismässig geringen Durchmesser, ist aber doch so gross, dass es praktisch die gesamte zwischen Kathode und Anode übergehende Entladung umfasst. Gehalten wird das Steuergitter durch eine starre in den Glas arm 15 eingeschmolzene Stromzuführung 1.1.
Das Entladungsgefäss enthält ein inertes Gas, wie Argon, oder einen Dampf, wie Cäsium oder Quecksilber, von einem Gas druck zwischen 1 und 500 Mikron.
Gemäss dem dargestellten Beispiel der Erfindung ist nun in dem Gefäss eine wei tere Elektrode angeordnet. Diese besitzt die Form eines verhältnismässig langen Zylin ders 16 aus leitendem Material und erstreckt sich über die ganze Länge der Entladungs bahn und weiter über die Anode und die Elektronenaustrittsfläche der Kathode hin aus. Der Zylinder besitzt im wesentlichen einen grösseren Durchmesser als die Kathode und die Anode und wird auf einer Seite durch eine Anzahl Stützstreben 17, die mit einer Schelle 18 am Fuss ? befestigt sind, ge tragen. Am andern Ende trägt der Zylinder verschiedene Isolatoren 19 aus Aluminium oxyd (A1..03), welche ihn an der eingezoge nen Gefässwandung abstützen.
Der Zylinder 16 ist ungefähr in der Mitte mit einer Öffnung 20 versehen, die vorzugsweise rechteckig ausgebildet ist und durch welche die Stromzuführung 14 ge führt ist. Der Zylinderhohlraum ist durch Platten 21 aus Metall oder einem andern leitenden Material, wie Kohle, aufgeteilt. Zwischen den beiden Platten 21, 21 ist das Steuergitter 5 zentrisch angeordnet. Die Platten 21 besitzen Öffnungen 22, vorzugs weise vom selben Grundriss wie das Gitter 5, welches im gezeichneten Falle rund ist. Die Platten 21. sind am Zylinder 16 befestigt und mit diesem elektrisch unmittelbar ver- Bunden. In vielen Fällen ist es jedoch vor teilhaft, sie vom Zylinder elektrisch zu iso lieren und mit besonderen Steuerspannun gen zu versehen.
Der Durchmesser der<B>Öff-</B> nungen 22 ist etwas kleiner als der Durch messer des Steuergitters, so dass sowohl die Kathode, wie auch die Anode vom Gitter aus nicht "gesehen" werden kann. Am untern Ende ist der Zylinder 16 durch eine iso lierende Platte 23, welche unmittelbar am äussern Kathodenzylinder anliegt, abge schlossen.
Auodenstromkreis und die Steuerstrom kreise des Entladungsgefässes werden von einem Transformator mit der Primärwick lung 24 gespeist. Von den drei Sekundär wicklungen 25, 26, 27 dient die -#ÄTicklung 2 7 zur Speisung des Kathodenheizkörpers (. Die )@Ticklung 25 ist über Leiter 28, 29 an das Gitter 5 gelegt. Ein Potentiometer 30 verbindet die beiden Enden der Wicklung 25 und kann mittels des verschiebbaren Kon taktes 31 sowohl an das eine Ende 32 der Primärwicklung 24, als auch mit dem Punkt 33 der Kathodenzuleitung verbunden wer den.
Im Leiter 28 liegt eine Photozelle 34 oder irgend eine andere Steueranordnung, während im Leiter 29 als weiteres Glied der Brückenanordnung ein hochohmiger Wi derstand 35 angeordnet ist. Die Anode 6 ist über eine Last 36, hier als Widerstand dar gestellt, mit dem Ende 3 7 der Primärwick lung 24 verbunden.
Die Hilfselektrode 16 ist über einen aus einem Widerstand 37. einem Kondensator 38 und einem Potentiometer 39 bestehenden Stromkreis an die mittlere Sekundärwick- lung 26 angeschlossen. - Durch die Ver wendung der Hilfselektrode in dem Entla dungsgefäss werden die bereits oben erwähn ten störenden, auf thermischer oder elektri scher Grundlage beruhenden Einwirkungen auf den .Steuervorgang ausgeschaltet und das Entladungsgefäss wird gleichzeitig so empfindlich, dass die Entladung schon durch sehr schwache Photostromimpulse ausgelöst wird.
Durch Anordnung des Steuergitters 5 im mittleren Teil des Hohlraumes des Zylinders 16 wird erreicht, dass die von der Anode und der Kathode ausgestrahlte Wärme eben durch die Querplatten 21 vom Steuergitter abgeschirmt wird. Das Gitter ist also im we sentlichen in thermischer Hinsicht isoliert und kann nicht so warm werden, dass es emissionsfähig wird.
Die kleinen runden Öffnungen 22 in den Querplatten 21, wie auch die Nähe der um gebenden Metallwandung des Zylinders 16 drängen die lichtbogenartigen Entladungen zu einer scharf begrenzten zylindrischen Säule zwischen Kathode und Anode zusam men und setzen dadurch das Steuergitter in stand, das Optimum seiner Steuerfähigkeit auszunutzen. Die Entladung geht durch die zylindrische Öffnung des Steuergitters hin durch, ohne dass dieses besonders heiss wird. Wegen der geringen Ausdehnung des Licht bogens kann das Gitter auch verhältnismässig klein sein. Es braucht nicht unbedingt die Entladung zu umgeben, sondern kann auch als ebene Platte ausgebildet sein und wird dann zweckmässig sehr dicht an der einen Seite bei der Öffnung 22 angeordnet.
Die Grösse des Steuergitters 5 ist davon abhän <B>gig,</B> wie stark die Entladung durch das Hilfsgitter 16 zusammengedrängt wird. Auf alle Fälle kann es kleiner gehalten werden als die bisher benutzten Gitter und dadurch wird auch der Gitterstrom bedeutend gerin ger. Die elektrostatischen Einflüsse zwischen Anode und Kathode einerseits und dem Git ter anderseits werden damit ebenfalls ver kleinert.
Wie schon oben bemerkt, ist das Haupt gitter 5 im Durchmesser etwas grösser als die bffnungen 22, so dass also von der Ka thode abdampfendes aktives Material nicht auf das Hauptgitter 5 gelangen kann. Ein Emissionsfähigwerden des Hauptgitters wird dadurch weitgehend vermieden. Auch gegen die eleldrostatischen Kraftlinien von Ka thode und Anode wird das Gitter 5 durch die Querplatten 21 abgeschirmt. Zum En- schädlichmachen der äussern Kraftlinien dient der zylindrische Teil 16 der Hilfs elektrode.
An Stelle des in der Abbildung gezeich neten, aus dem Widerstand 37 und dem Kondensator 38 bestehenden Hilfselektroden kreises können natürlich auch andere Strom kreise, die beispielsweise mit Wechselspan nungen oder mit Gleichspannungen oder mit beiden gespeist werden können, ver wendet werden. In der in der Abbildung dargestellten Anordnung dient der Konden sator zur Aufrechterhaltung eines fest bestimmten Spannungsunterschiedes zwi schen Kathode und Anode. In vielen Fällen. ist es jedoch auch vorteilhaft, insbesondere, wenn das Gefäss mit Wechselspannung ge speist wird, an das Hilfsgitter 16 eine Wech selspannung zu legen, welche dann ebenfalls dem den Anodenkreis speisenden Transfor mator entnommen werden kann.
Die Anord nung wird dann zweckmässig so getroffen, class die Phase der Hilfsgitterspannung ver schoben werden bann. Oft ist es auch er wünscht, an das Hilfsgitter unmittelbar Ka thodenpotential zu legen, wobei dann die beiden Elektroden innerhalb des Gefässes unmittelbar verbunden werden können.
Das in Abb. 1 dargestellte Entladungs gefäss hat den Vorteil, dass mit ihm durch die schwachen Ströme einer Photozelle un mittelbar ohne besondere Verstä.rkeranord- nungen sehr starke Ströme gesteuert wer den können. Wird das Entladungsgefäss mit Wechselstrom gespeist, und handelt es sieh um eine Steuerung der Entladungsstrom stärke durch Zünden der Entladung an vor bestimmten Punkten der positiven Halb welle, so liefert das Gefäss eben wegen der Anordnung der besonderen Hilfselektrode unabhängig von Temperatureinflüssen und elektrischen Einflüssen bei einer einmal fest vorgegebenen Steuerspannung mit Sicherheit einen im Mittelwert konstanten Strom.
Auch von plötzlichen an der Anode auftretenden hohen Potentialen wird der Steuervorgang nicht beeinflusst, wenn das Hilfsgitter in der richtigen Weise gesteuert wird bezw. seinen vorgegebenen Spannungsunterschied gegen die Kathode beibehält.
In Abb. 3 ist eine Schaltung für ein E_ut- ladungsgefäss gemäss der Erfindung darge stellt, bei welcher auch das Hilfsgitter an eine veränderliche Spannung gelegt ist. 1 be deutet das Entladungsgefäss, welches die nur schematisch gezeichnete Kathode 4, ferner das Steuergitter 5 und das zwischen Steuer gitter 5 und Anode liegende Hilfsgitter 16 besitzt. Die Elektroden können auch in der selben Weise angeordnet sein, wie es anhand der Abb. 1 dargestellt ist. Die Elektroden 5 und 16 bilden ein Doppelgitter, innerhalb welchem das elektrostatische Feld des einen Gitters durch das andere beeinflusst werden kann.
Das Hilfsgitter 16 ist über einen Strombegrenzungswiderstand 40 an den Ro tor eines Phasenschiebers (Selsynmotor 41) gelegt. Das Steuergitter 5 kann in derselben -#Veise über den Strombegrenzungswiderstand 42 an eine andere Phasenschieberanordnung (Selsynmotor 43) angeschlossen werden. Zur Heizung der Kathode 4 dient der Trans formator 44. Die Wechselspannung für den Anodenstromkreis des Entladungsgefässes mit lichtbogenähnlicher Entladung kann un mittelbar dem Netz entnommen werden. Die Belastung ist durch einen Widerstand 45 dargestellt.
Mittelst der beiden Phasenschieber kann die Phase der beiden Gitterspannungen ver schoben werden. Durch besondere Einstel lung der Phasenbeziehungen zwischen den beiden Steuerwechselspannungen kann er reicht werden, dass das Entladungsgefäss ge zündet -wird, und zwar periodisch in jeder positiven Halbwelle der Speisewechselspan nung und somit ein Strom von einem be stimmten Mittelwert fliesst. Das Hilfsgitter 16 bewirkt dabei, dass die Regelung der Stromstärke durch das Hauptgitter 5 voll kommen unabhängig vom augenblicklichen elektrischen und thermischen Zustand des Entladungsgefässes wird.
Die Steuerung durch das Gitter 5 ist so genau und so emp findlich, dass die Steuerenergie äusserst ge ring, grössenordnungsmässig nur wenige Mi- krowatt, zu sein braucht. Es sind also nur sehr kleine Phasenschieberanordnungen not wendig, wodurch auch in, den beispielsweise dargestellten Anordnungen Ersparnisse an Energie auftreten.
Die Hilfselektrode 16 in den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei spielen braucht nicht zylinderförmig zu sein und die Entladungsbahn umgeben, sondern kann auch irgendwelche andere Form be sitzen. Im Falle einer zylindrischen Elek- trodenanordnung,, bei welcher sich die Ka thode im Innern der Anordnung, umgeben von den übrigen Elektroden, befindet, be steht das Hilfsgitter zweckmässig aus zwei zylindrischen Leitern, welche auch elektrisch miteinander verbunden sein können.
Die bei den Zylinder müssen dann Öffnungen für den Hindurchtritt der Elektronen und der positiven Ionen besitzen, und sind zweck.- mässig auf beiden Seiten der Hauptsteuer elektrode angeordnet. Die Grösse der Öff nungen in den Hilfselektrodenzylindern ist verhältnismässig klein, so dass eine weit gehende Abschirmung des Hauptgitters ge gen die Kathode und die Anode gewähr leistet ist.
Wie im Falle des Entladungsge fässes nach Abb. 1 wird auch hier die Ent ladung durch die Öffnungen des Hilfsgitters <B><U>zus</U>ammengedrängt</B> und die Steuerung der Stromstärke mittels des Hauptgitters er leichtert. Auch hier treten alle Vorteile des in der Abb. 1 dargestellten Entladungs gefässes sowohl in thermischer wie in elek trischer Hinsicht und in bezug auf die Ab- schirmung gegen von der Kathode abdamp fendes emittierendes Material auf.
Es ist oft auch von Vorteil, in den Ge fässen keine besonderen Hilfselektroden vor zusehen, sondern die Röhrenwandung selbst aus Metall herzustellen und als Hilfsgitter auszubilden. Dieses Hilfsgitter umgibt dann die -Entladungsbahn samt den übrigen Elek troden, Anoden, Kathode und Hauptgitter vollkommen und schirmt die Entladungs bahn gegen äussere elektrische Störfelder in wirkungsvoller Weise ab. Auch in diesem Falle können zwischen dem Hauptgitter und der Anode bezw. der Kathode Gitterquer platten zur Abschirmung vorgesehen sein. Die Gitterquerplatten stehen dann mit .der an ein Potential gelegten Gefässwandung in Berührung.