Schaltung mit einer Gasentladungsröhre mit kalter Kathode und an Gleichspannung liegender Anode Die Erfindung betrifft eine Schaltung mit einer Gasentladungsröhre mit kalter Kathode und an Gleich spannung liegender Anode sowie ihre Verwendung als Schaltmittel in elektronischen Fernmeldeanlagen.
Bei den in der Fernmelde- und Regelungstechnik bisher gebräuchlichen, gas- oder dampfgefüllten Ent ladungsröhren mit kalter und auch heisser Kathode wird mit Hilfe eines an eine Steuerelektrode gelegten Spannungsimpulses oder einer Potentialverlagerung die Entladung eingeleitet; sie kann jedoch bei anlie gender Anodengleichspannung nicht beendet werden. Die Steuerelektrode ist bei den Kaltkathodenröhren als Stift oder Ring und bei den Röhren mit heisser Kathode meist als Bügel, Blende oder Scheibengitter ausgebildet, wirkt jedoch in letzterem Falle völlig anders als ein normales Steuergitter.
In diesem Zusammenhang ist es erforderlich, den Begriff Gitter eindeutig zu definieren.
Als Gitter wird normalerweise in Hochvakuum röhren diejenige Elektrode bezeichnet, mit deren Hilfe es durch Änderung des an ihr liegenden Spannungs potentials möglich ist, die Anodenstromstärke zu ändern. Die Stärke des Anodenstromes ist hierbei eine Funktion der angelegten Gitterspannung, also 1,' <I>= f</I> (U,). Im Gegensatz dazu ist die Wirkungsweise der im allgemeinen Sprachgebrauch vielfach als Gitter be zeichneten Elektrode von Gasentladungsröhren.
Mit dieser Elektrode ist es lediglich möglich, den Einsatz der Entladung zu beeinflussen. Ist die Ent ladung eingeleitet, so ist über diese Elektrode keine Beeinflussung der Entladung mehr möglich.
Die Bezeichnung Gitter wird hier zu Unrecht angewendet und müsste exakt durch den Ausdruck Steuerelektrode oder besser Zündelektrode er setzt werden. So ist es beispielsweise bei Kaltkathodenröhren nicht möglich, durch Anlegen einer Gegenspannung an die Steuerelektrode die Entladung zu beenden, also die Röhre zu löschen. Um dies zu bewirken, ist es notwendig, die Anodenspannung unter die Brenn- spannung zu senken, was z. B. durch Anlegen einer Anodenwechselspannung oder eines starken negativen Spannungsimpulses an die Anode erreicht wird. Hier für sind jedoch ein erheblicher Schaltungsaufwand so wie die entsprechenden Schaltmittel erforderlich.
Obwohl bei diesen Röhren die Heizleistung einge spart wird, haben sie sich aus den genannten Gründen in grösserem Umfang noch nicht durchsetzen können. Es liesse sich aber von den Röhren mit heisser Ka thode Gebrauch machen, die sich einfach mit Hilfe eines an der Steuerelektrode liegenden Gegenimpulses oder durch Aufheben der Potentialänderung löschen lassen, wie dies z. B bei den Röhrentypen möglich ist, die unter der Bezeichnung FC 50, Plasmatron und Tacitron bekannt sind.
Die physikalische Voraus setzung bei diesen Röhren jedoch ist, dass die Plasmabildung allein im Raum zwischen Steuerelek trode und Anode, im weiteren Gitter-Anoden-Raum genannt, erfolgt, während im Raum zwischen Kathode und Steuerelektrode (Kathoden-Gitter-Raum) nur eine Elektronenladung vorhanden ist, die von der heissen Kathode herrührt. Bei einer an der Steuerelektrode liegenden Sperrspannung wird durch das negative Po tentialfeld der Inselbildung an der Steuerelektrode ver hindert, dass die Elektronen aus dem Kathoden-Gitter- Raum in den Gitter-Anoden-Raum gelangen.
Im Ka- thoden-Gitter-Raum reicht ihre kinetische Energie zur Ionisation nicht aus.
Durch Verringern der an der Steuerelektrode lie genden Sperrspannung bzw. Steuerspannung wird das Potentialfeld der Inselbildung schwächer, so dass die Elektronen den Gitter-Anoden-Raum erreichen kön- nen, wo sie eine derartig hohe kinetische Energie er halten, die sie in die Lage versetzt, die Gasatome zu ionisieren und damit die Röhre zu zünden. Wird die Steuerspannung erhöht, dann wird infolge des wieder stärkeren negativen Potentialfeldes der Inselbildung an der Steuerelektrode den Elektronen der Weg in den Gitter-Anoden-Raum versperrt.
Damit wird eine wei tere Ionisation verhindert und das im Gitter-Anoden- Raum gebildete Plasma wird an der Steuerelektrode abgebaut, so dass die Röhre erlischt.
Der Einsatz von Röhren mit kalter und heisser Kathode in der elektronischen Regelungstechnik ge- nügt den heutigen Anforderungen und hat wesentliche Schaltungserleichterungen mit sich gebracht.
Der Einsatz in Fernmeldeanlagen, z. B. in Schal tungen für die Fernwahl, weist jedoch eine Anzahl von Mängeln auf. Die Kaltkathodenröhren lassen sich dabei nur als Relaisröhren verwenden, wobei der schaltungstechnische Aufwand zur Löschung der Röhren erheblich ist, so dass der bei elektromechani schen Fernmeldeanlagen übliche Platzbedarf Erwei terungen erfährt. Der Einsatz in Sprechwegen bereitet Schwierigkeiten, da die zur Löschung notwendige Absenkung der Anodenspannung erhebliche Störun gen in den Sprechwegen verursacht.
Bei den Röhren mit heisser Kathode ist ein erheb licher Heizleistungsbedarf erforderlich. Für die dabei auftretende Wärme wären besondere Einrichtungen zur Wärmeableitung sowie zur Klimatisation erforderlich.
Die Schaltung mit einer eine kalte Kathode auf weisenden Gasentladungsröhre gemäss der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Röhre mindestens eine gitterartig wirkende Elektrode enthält und die Beendigung der Gasentladung durch Änderung einer an der gitterartig wirkenden Elektrode liegenden Spannung bei unveränderter Anodenspannung erreicht wird.
Ausführungs- und Verwendungsbeispiele werden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Die Erfin dung ist jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt. In der Zeichnung zeigt: Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Gasentla- dungsröhre mit einer gitterartig wirkenden Elektrode, Fig. 2 einen Querschnitt durch die Gasentladungs- röhre gemäss Fig. 1, Fig.3 einen Längsschnitt durch eine Gasentla- dungsröhre mit zwei gitterartig wirkenden Elektroden,
Fig. 4 einen Querschnitt durch die Gasentladungs- röhre gemäss Fig. 3, Fig. 5 eine Röhrenschaltung, Fig. 6 eine Kennlinie, Fig. 7 und 8 Verwendungsbeispiele.
Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Röhre ist auf einem Quetschfuss 1 aufgebaut und enthält die kalte Kathode 4, die wie ein Mantel eine ring- oder mantel- förmig ausgebildete Hilfsanode 3 sowie eine gitter artig wirkende Elektrode 5 und die stabförmig aus gebildete Hauptanode 6 umschliesst. Die Elektrode 5 ist als Gitter dargestellt und auch so ausgebildet. Das System ist an jedem Ende durch eine Glimmer- Scheibe 2 und 8 abgeschlossen, die die Gasentladung auf das Innere des Systemaufbaues begrenzen und eine wilde Entladung ausserhalb des Systemaufbaues im Innern der Röhre verhindern. Das gesamte System ist an den Kathodenzuleitungsstreben 7 befestigt.
Im Ausführungsbeispiel Fig. 3 und 4 sind zwei Gitterelektroden 5 und 9 vorgesehen. Im übrigen ent spricht der Aufbau der Röhre dem Beispiel gemäss Fig. 1, 2 lediglich mit dem Unterschied, dass die Hilfsanode 3 aus zwei Stäben besteht.
Bei Vorhandensein mehrerer gitterartig wirkender Elektroden können bei an der Anode liegender Gleich spannung sowohl die Einleitung als auch die Beendi gung der Gasentladung durch Verändern des Wertes mindestens einer der an den gitterartig wirkenden Elektroden liegenden Spannungen erreicht werden. Es ist auch möglich, durch Verändern des Wertes einer an einer gitterartig wirkenden Elektrode liegenden Spannung sowohl die Einleitung als auch die Beendi gung der Gasentladung zu erreichen und durch gleichzeitiges Verändern der Werte der in mehreren gitterartig wirkenden Elektroden liegenden Spannun gen die genannten Vorgänge zu verhindern oder um gekehrt.
Hierdurch wird erreicht, dass das Entladungsgefäss als Koinzidenzröhre, Antikoinzid'enzröhre oder Nor malröhre betrieben werden kann. Auch kann bei Vor handensein mehrerer gitterartig wirkender Elektroden, z. B. drei, und bei an der Anode liegender Gleich spannung die Einleitung oder Beendigung der Gas entladung bei konstantem Wert einer Steuerspannung und Verändern der Werte der übrigen an den gitter artig wirkenden Elektroden liegenden Steuerspannun gen bewirkt und durch Verändern der Werte aller Steuerspannungen der genannte Vorgang verhindert werden oder umgekehrt.
Mit Hilfe dieser Massnahme wird erreicht, dass das beschriebene Gasentladungsgefäss in bezug auf unterschiedlich zu steuernde Stromkreise gleichzeitig als Koinzidenz-, Antikoinzidenz- und Normalröhre wirkt.
Die Konstruktion einer Röhre gemäss Erfindung nach Fig. 1 sieht z. B. folgende Werte vor: Abstand Gitter-Anode = 1,2 mm Abstand Gitter-Kathode - 6 " Gittersteigung = 0,2 " Stärke des Gitterdrahtes = 0,08 " Gasfüllung = Neon Gasdruck = 6 bis 8 Torr Material der Kathode = Molybdän (Reinmetall) Die Konstruktion ist natürlich nicht auf diese Ausführung beschränkt, dies hängt vom Gasdruck, der Gasart und der vorliegenden Anodenspannung ab.
Die Funktion der Röhre gemäss Erfindung ist nun wie folgt: Bei gezündeter Röhre können im Raum zwischen Kathode und Anode drei Abschnitte unterschieden werden. Der erste Abschnitt wird als Kathodenfall bezeichnet, der üblicherweise auf ein Gebiet bis etwa 0,2-0,3 mm vor der Kathode beschränkt ist und in dem der grösste Teil (90%) der im Innern der Röhre abfallenden Spannung (Bogenspannung) abfällt. Dem Kathodenfall schliesst sich die sogenannte positive Säule an, die bis kurz vor die Anode reicht und in der praktisch kein Spannungsabfall erfolgt.
Vor der Anode (Abstand ebenfalls 0,2-0,3 mm) ist dann der dritte Abschnitt festzustellen, der sogenannte Anodenfall, in dem ein nochmaliger, nämlich der restliche Spannungsabfall erfolgt. Liegt nun das Gitter innerhalb der positiven Säule, so stellt es sich auf das Potential der Säule ein. Wird nun das Gitter dem gemäss mit der an der betreffenden Stelle herrschenden Spannung vorgespannt (also positiv), so bildet es kein Hindernis im Entladungsweg und entnimmt der Ent ladung keinerlei Energie, das heisst, das beanspruchte Gitter kann im gesamten Gebiet zwischen Kathode und Anode, jedoch innerhalb der positiven Säule lie gen, wo seine Wirkung überall dieselbe ist. Für die Sperrwirkung bzw. das Funktionsprinzip ist Voraus setzung, dass die Öffnungen bzw.
Windungen des Gitters kleiner als die mittlere freie Weglänge der Ionen sind.
Wenn nun die Spannung am Gitter durch die der Vorspannung überlagerte Steuerspannung geringer wird als das an dieser Stelle herrschende Potential in der positiven Säule, so wird das Gitter aus der Ent ladung Energie (Strom) entnehmen, wobei sich gleich zeitig eine lonenwolke bildet, die die Gitteröffnungen schliesst. Hierdurch wird verhindert, dass weitere Elektronen in den Gitteranodenraum gelangen, so dass die Entladung verarmt und schliesslich erlischt. Dieses Erlöschen geschieht in wenigen ,a s. Die Vor spannung des Gitters, die niedriger als die Anoden spannung bei gezündeter Röhre, also niedriger als die Bogenspannung ist, wird durch die überlagerte Steuerspannung noch weiter abgesenkt.
Da die am Steuergitter stehende positive Spannung bedeutend niedriger als die Bogenspannung ist, er halten die Elektronen auch im Kathoden-Gitter-Raum nicht mehr die notwendige Energie, um die Ent ladung aufrechtzuerhalten, wodurch infolge Rekom- bination (Neutralisation) oder Verarmung der Ent ladung die Entladung auch hier, genau wie im Anoden- Gitter-Raum, erlischt.
Für die Zündung der Ent ladung wird mittels der Steuerspannung die positive Vorspannung des Gitters so weit erhöht, d'ass sie im Zusammenhang mit dem durchgreifenden Anoden potential eine zur Zündung der Entladung ausrei chende Höhe erreicht (Zündspannung).
Das Gitter wirkt also wie ein Riegel, der bei Ab senken der Gitterspannung unter das am Gitter herr schende Plasmapotential die Entladung in zwei Teile aufspaltet, die selbständig nicht lebensfähig sind. Es liegen also Verhältnisse mit umgekehrten Vorzeichen als wie bei Thyratrons vor, wobei das beanspruchte Gitter wie ein Steuergitter einer Verstärkerröhre wirkt. Die Röhre wird also mit Hilfe eines Gitters gezündet und gelöscht. Das Gitter kann auch nur zur Löschung dienen und ein anderes Gitter zur Zündung, wobei beide Gitter wiederum gleich ausgebildet sind wie bekannte Steuergitter von Hochvakuumröhren.
Die Vorionisation hat auch eine Veränderung der Steuerspannungsänderung an den gitterartig wirkenden Elektroden der Gasentladungsröhre zur Folge. Ohne eine Vorionisation würde eine Steuerspannungsände- rung beispielsweise zwischen 30 V und 15 V not wendig sein. Die Änderung würde also 15 V betragen. Infolge der Vorionisation lässt sich eine Steuerspan nungsänderung bereits von 15 V auf 10 V erreichen. Hier beträgt die Grösse der Steuerspannungsänderung also 5 V.
Die Vorionisation ionisiert also die Gasmole küle bis zu einem gewissen Grad, der jedoch noch nicht zur Zündung bzw. Löschung ausreicht. Es ge nügt jedoch jetzt bereits eine geringe Steuerspannungs- änderung, um eine Zündung bzw. Löschung der Röhre herbeizuführen.
Die Fig. 5 zeigt eine Schaltungsanordnung einer Röhre mit einer gitterartig wirkenden Elektrode, bei der neben einer Vorspannung Ug (Gleichspannung) der gitterartig wirkenden Elektrode eine relativ grosse Wechselspannung Uiv zugeführt wird, die die Röhre entsprechend ihrem Spannungsverlauf zum Zünden und zum Löschen bringt. Am Ausgang der Röhre treten _ rechteckförmige Impulse auf.
Das Verhältnis: Impuls/Pause lässt sich durch Einregeln der festen Vorspannung beliebig verändern; es ist sogar möglich, hierbei die Aussendung der rechteckförmigen Impulse völlig zu unterdrücken.
Fig. 6 zeigt schematisch den Verlauf der Kenn linie der Röhre sowie die Entstehung der am Aus gang auftretenden Impulse.
Auch eine Sägezahnschwingung lässt sich bei dem Beispiel nach Fig. 5 zur Zündtang und Löschung der Röhre heranziehen. Die entstehende Impulsbreite ist dann ebenfalls eine Funktion der jeweils anliegenden Vorspannung. Wird hierbei der Vorspannung noch mals eine Wechselspannung, deren Frequenz gegen über der Sägezahnschwingung niedrig ist, überlagert, so treten am Ausgang der Röhre Rechteckimpulse auf, deren Folgefrequenz der Frequenz der Sägezahn schwingung, und deren Breite den Augenblickswerten der Amplituden der zweiten Wechselspannung ent spricht. Dieser Vorgang stellt eine Zeitmodulation dar.
Werden die am Ausgang auftretenden Impulse dif ferenziert und hierauf mit ihrer variablen Flanke einem weiteren Entladungsgefäss nach der Erfindung als Zünd- und Löschimpulse zugeführt, so treten an seinem Ausgang Impulse mit konstanter Frequenz, Amplitude und Breite, jedoch mit einer Phasenlage auf, die sich mit den Augenblickswerten der zweiten Wechselspannung deckt. Dieser Vorgang entspricht einer Phasen-Impuls-Modulation. Der Aufwand für diese Modulationsschaltungen ist erheblich geringer als bei den bekannten Schaltungsanordnungen für die genannten Modulationsarten.
Das beschriebene Entladungsgefäss lässt sich vor teilhaft als Koppelelement in Wechselspannungskrei- sen, z. B. Tonfrequenzkreisen von elektronischen Wählanlagen, einsetzen, was mit den bekannten Kaltkathodenröhren nicht möglich ist.
Fig.7 zeigt eine Koinzidenzschaltung als Teil nehmerschaltung in einem elektronischen Wählamt, das als Koordinatenwählamt aufgebaut ist. Wird der Ader c ein Teilnehmerkennimpuls, der aus einem zen tralen Impulsgeber stammt, zugeführt, so bewirkt die ser im Zusammenhang mit einem gleichzeitig ein treffenden Impuls einer ständig an der Ader c' lie genden Impulsfolge ein Zünden der Röhre. Das Teil nehmerrelais T spricht an und schaltet mit seinen Kontakten die Sprechadern am Kreuzungspunkt zu sammen.
Mit einer weiteren Impulsfolge, die an der dritten gitterartig wirkenden Elektrode liegt, wird erreicht, dass der zu der Röhre gehörende Verbindungssatz als frei oder besetzt gekennzeichnet werden kann (Koinzi- denz-Antikoinzidenzwirkung).
Bei einer mit zwei gitterartig wirkenden Elek troden ausgestatteten Röhre genügt bereits das Auf treten eines Impulses an einer Elektrode, um die Röhre zum Zünden, und das Auftreten eines Im pulses an der zweiten Elektrode, um die Röhre zum Löschen zu bringen (Normalröhre). Hierbei sind jedoch die Elektroden in bezug auf ihre konstruktive Ausbildung anders gestaltet als bei dem Beispiel in Fig. 7.
Andere Versuche haben ergeben, dass sich im gezündeten Zustand des beschriebenen Entladungs gefässes dessen Brennspannung und damit der Ano denstrom mit Hilfe der Steuerspannungen oder einer der Steuerspannungen verändern lassen. Während der Entladung lässt sich die Steuerspannung auf eine ein fache Weise, z. B. mittels eines Potentiometers, auf den gewünschten Wert einstellen. Wird als Steuer spannung eine Gleichspannung verwendet und dieser eine Wechselspannung mit kleiner Amplitude über lagert, so folgt der Anodenstrom der Frequenz und Amplitude der überlagernden Wechselspannung. Die Abhängigkeit des Anodenstromes von der überlagern den Wechselspannung bringt den Vorzug mit sich, dass z.
B. eine an das Gitter der gezündeten Röhre an gelegte Tonfrequenzspannung am Ausgang der Röhre entsprechend verstärkt auftritt.
Fig.8 zeigt eine Schaltungsanordnung, in der die gezündete Röhre gleichzeitig als Verstärker wirkt. Eine an der gitterartig wirkenden Elektrode angelegte Steuergleichspannung bewirkt bei Änderung ihres Wertes ein Zünden und Löschen der Röhre. Wird der Steuerelektrode gleichzeitig eine Wechselspannung Uw mit relativ kleiner Amplitude zugeführt, so tritt diese am Ausgang verstärkt auf.
Circuit with a gas discharge tube with a cold cathode and anode connected to direct voltage. The invention relates to a circuit with a gas discharge tube with a cold cathode and anode connected to direct voltage, and its use as switching means in electronic telecommunications systems.
In the case of the gas or steam-filled discharge tubes with cold and hot cathodes that have been used in telecommunications and control technology, the discharge is initiated with the aid of a voltage pulse applied to a control electrode or a potential shift; however, it cannot be terminated when the DC anode voltage is applied. In the case of cold cathode tubes, the control electrode is designed as a pin or ring, and in the case of tubes with a hot cathode, it is usually designed as a bracket, screen or pane grille.
In this context it is necessary to clearly define the term grid.
In high vacuum tubes, the grid is usually the name given to that electrode with the help of which it is possible to change the anode current strength by changing the voltage potential applied to it. The strength of the anode current is a function of the applied grid voltage, i.e. 1, '<I> = f </I> (U,). In contrast to this, the mode of action of the electrode of gas discharge tubes, which is often referred to as a grid in common usage.
With this electrode it is only possible to influence the use of the discharge. Once the discharge has been initiated, it is no longer possible to influence the discharge via this electrode.
The term grid is wrongly used here and should be exactly replaced by the expression control electrode or, better, ignition electrode. In the case of cold cathode tubes, for example, it is not possible to terminate the discharge by applying a counter voltage to the control electrode, i.e. to extinguish the tube. In order to achieve this, it is necessary to lower the anode voltage below the burning voltage. B. is achieved by applying an anode alternating voltage or a strong negative voltage pulse to the anode. However, a considerable amount of circuitry and the corresponding switching means are required for this.
Although the heating power is saved in these tubes, they have not yet been able to establish themselves on a large scale for the reasons mentioned. But it could be made of the tubes with hot Ka method use, which can be easily deleted with the help of a counter pulse lying on the control electrode or by canceling the change in potential, as z. B is possible with the tube types known as FC 50, Plasmatron and Tacitron.
The physical prerequisite for these tubes, however, is that the plasma is generated only in the space between the control electrode and the anode, hereinafter referred to as the grid-anode space, while in the space between the cathode and control electrode (cathode-grid space) there is only one electron charge is present, which comes from the hot cathode. In the case of a reverse voltage applied to the control electrode, the negative potential field of the island formation on the control electrode prevents the electrons from getting from the cathode-grid space into the grid-anode space.
In the cathode-grid space, their kinetic energy is insufficient for ionization.
By reducing the reverse voltage or control voltage on the control electrode, the potential field of island formation becomes weaker so that the electrons can reach the grid-anode space, where they receive such high kinetic energy that they are able to do to ionize the gas atoms and thus ignite the tube. If the control voltage is increased, then as a result of the stronger negative potential field of the island formation on the control electrode, the path of the electrons into the grid-anode space is blocked.
This prevents further ionization and the plasma formed in the grid-anode space is broken down at the control electrode, so that the tube goes out.
The use of tubes with cold and hot cathodes in electronic control technology meets today's requirements and has made switching operations much easier.
Use in telecommunications systems, e.g. B. in scarf lines for remote dialing, but has a number of shortcomings. The cold cathode tubes can only be used as relay tubes, the circuitry effort to extinguish the tubes being considerable, so that the space required for electromechanical telecommunications systems is expanded. The use in speech paths causes difficulties, since the lowering of the anode voltage necessary for deletion causes considerable disturbances in the speech paths.
In the case of tubes with a hot cathode, a considerable heating power requirement is required. Special devices for heat dissipation and air conditioning would be required for the heat generated.
The circuit with a cold cathode pointing gas discharge tube according to the invention is characterized in that the tube contains at least one grid-like acting electrode and the termination of the gas discharge is achieved by changing a voltage on the grid-like acting electrode with unchanged anode voltage.
Examples of execution and use are explained in more detail with reference to the drawing. However, the invention is not limited to these examples. The drawing shows: FIG. 1 a longitudinal section through a gas discharge tube with a grid-like acting electrode, FIG. 2 a cross section through the gas discharge tube according to FIG. 1, FIG. 3 a longitudinal section through a gas discharge tube with two grid-like acting electrodes Electrodes,
4 shows a cross section through the gas discharge tube according to FIG. 3, FIG. 5 shows a tube circuit, FIG. 6 shows a characteristic curve, FIGS. 7 and 8 examples of use.
The tube shown in FIGS. 1 and 2 is built on a pinch foot 1 and contains the cold cathode 4, the auxiliary anode 3, which is designed like a jacket, as well as a grid-like electrode 5 and the rod-shaped main anode 6 encloses. The electrode 5 is shown as a grid and is also designed that way. The system is closed at each end by a mica disc 2 and 8, which limit the gas discharge to the inside of the system structure and prevent a wild discharge outside the system structure inside the tube. The entire system is attached to the cathode lead struts 7.
In the embodiment of FIGS. 3 and 4, two grid electrodes 5 and 9 are provided. Otherwise, the structure of the tube corresponds to the example according to FIGS. 1, 2 with the only difference that the auxiliary anode 3 consists of two rods.
In the presence of several grid-like electrodes, both the initiation and termination of the gas discharge can be achieved by changing the value of at least one of the voltages applied to the grid-like electrodes when the DC voltage is applied to the anode. It is also possible to initiate as well as to terminate the gas discharge by changing the value of a voltage applied to a grid-like electrode and to prevent or prevent the processes mentioned by simultaneously changing the values of the voltages applied to several grid-like electrodes vice versa.
This ensures that the discharge vessel can be operated as a coincidence tube, anticoincidence tube or normal tube. Also, when there are several electrodes acting like a grid, e.g. B. three, and with DC voltage lying on the anode causes the initiation or termination of the gas discharge at a constant value of a control voltage and changing the values of the other control voltages lying on the grid-like acting electrodes and by changing the values of all control voltages the said process prevented or vice versa.
With the help of this measure it is achieved that the described gas discharge vessel acts simultaneously as a coincidence, anticoincidence and normal tube with respect to differently controlled circuits.
The construction of a tube according to the invention of FIG. B. the following values: distance grid-anode = 1.2 mm distance grid-cathode - 6 "grid pitch = 0.2" thickness of the grid wire = 0.08 "gas filling = neon gas pressure = 6 to 8 Torr material of the cathode = molybdenum (Pure metal) The construction is of course not limited to this version, this depends on the gas pressure, the type of gas and the anode voltage present.
The function of the tube according to the invention is as follows: When the tube is ignited, three sections can be distinguished in the space between the cathode and anode. The first section is known as the cathode drop, which is usually limited to an area up to about 0.2-0.3 mm in front of the cathode and in which most (90%) of the voltage (arc voltage) falling inside the tube falls. The cathode drop is followed by the so-called positive column, which extends right up to the anode and in which there is practically no voltage drop.
In front of the anode (distance also 0.2-0.3 mm) the third section can be determined, the so-called anode case, in which there is another, namely the remaining voltage drop. If the grid is now within the positive column, it adjusts to the potential of the column. If the grid is now biased according to the voltage prevailing at the relevant point (i.e. positive), it does not form an obstacle in the discharge path and does not take any energy from the discharge, i.e. the stressed grid can be used in the entire area between the cathode and anode, however, it lies within the positive pillar where its effect is the same everywhere. A prerequisite for the blocking effect or the functional principle is that the openings or
Turns of the lattice are smaller than the mean free path of the ions.
If the voltage on the grid is lower than the potential in the positive column at this point due to the control voltage superimposed on the bias voltage, the grid will draw energy (current) from the discharge, with a cloud of ions being formed at the same time, which the Grid openings closes. This prevents further electrons from entering the grid anode space, so that the discharge becomes depleted and ultimately extinguished. This extinction happens in a few, as. The voltage of the grid, which is lower than the anode voltage when the tube is ignited, i.e. lower than the arc voltage, is further reduced by the superimposed control voltage.
Since the positive voltage at the control grid is significantly lower than the arc voltage, the electrons no longer hold the necessary energy in the cathode-grid space to maintain the discharge, which results in recombination (neutralization) or depletion of the discharge the discharge also goes out here, just as in the anode-grid space.
To ignite the discharge, the positive bias voltage of the grid is increased by means of the control voltage to such an extent that it reaches a level sufficient to ignite the discharge (ignition voltage) in connection with the penetrating anode potential.
The grid thus acts like a bolt which, when the grid voltage drops below the plasma potential prevailing on the grid, splits the discharge into two parts that are not viable on their own. There are therefore conditions with the opposite sign than with thyratrones, with the claimed grid acting like a control grid of an amplifier tube. The tube is ignited and extinguished with the help of a grid. The grid can also only be used for extinguishing and another grid for ignition, both grids again being of the same design as known control grids of high vacuum tubes.
The pre-ionization also results in a change in the control voltage change at the grid-like acting electrodes of the gas discharge tube. Without pre-ionization, a control voltage change between 30 V and 15 V, for example, would be necessary. So the change would be 15V. As a result of the pre-ionization, a control voltage change from 15 V to 10 V can be achieved. Here the size of the control voltage change is 5 V.
The pre-ionization thus ionizes the gas molecules to a certain extent, which, however, is not yet sufficient for ignition or extinction. However, a slight change in the control voltage is sufficient to cause the tube to ignite or extinguish.
5 shows a circuit arrangement of a tube with a grid-like acting electrode, in which, in addition to a bias voltage Ug (direct voltage), the grid-like acting electrode is supplied with a relatively large alternating voltage Uiv, which causes the tube to ignite and extinguish according to its voltage curve. At the exit of the tube, square-wave pulses occur.
The ratio: pulse / pause can be changed as required by adjusting the fixed preload; it is even possible to completely suppress the emission of the rectangular pulses.
Fig. 6 shows schematically the course of the characteristic line of the tube and the emergence of the impulses occurring at the output.
A sawtooth oscillation can also be used in the example according to FIG. 5 to ignite and extinguish the tube. The resulting pulse width is then also a function of the applied bias voltage. If an alternating voltage, the frequency of which is low compared to the sawtooth oscillation, is superimposed on the bias voltage, square-wave pulses occur at the output of the tube whose repetition frequency corresponds to the frequency of the sawtooth oscillation and whose width corresponds to the instantaneous values of the amplitudes of the second alternating voltage. This process represents a time modulation.
If the pulses occurring at the output are differentiated and then fed with their variable flank to a further discharge vessel according to the invention as ignition and extinguishing pulses, pulses with a constant frequency, amplitude and width, but with a phase position that coincide with each other, appear at its output covers the instantaneous values of the second alternating voltage. This process corresponds to a phase-pulse modulation. The outlay for these modulation circuits is considerably less than with the known circuit arrangements for the types of modulation mentioned.
The discharge vessel described can be used as a coupling element in alternating voltage circuits, e.g. B. audio frequency circuits of electronic dialing systems, use what is not possible with the known cold cathode tubes.
7 shows a coincidence circuit as part of the subscriber circuit in an electronic dialing office, which is constructed as a coordinate dialing office. If the wire c is a subscriber identification pulse that comes from a zen tral pulse generator, the water causes the tube to ignite in conjunction with a simultaneous hit pulse of a pulse train constantly on the wire c '. The subscriber relay T responds and uses its contacts to switch the speech wires together at the intersection.
With a further pulse sequence, which is located on the third electrode acting like a grid, it is achieved that the connection set belonging to the tube can be marked as free or occupied (coincidence-anticoincidence effect).
In a tube equipped with two grid-like electrodes, it is sufficient to have a pulse on one electrode to ignite the tube, and a pulse on the second electrode to extinguish the tube (normal tube). Here, however, the electrodes are designed differently in terms of their structural design than in the example in FIG. 7.
Other tests have shown that when the discharge vessel described is ignited, its operating voltage and thus the anode current can be changed with the aid of the control voltages or one of the control voltages. During the discharge, the control voltage can be in a simple manner, e.g. B. using a potentiometer, set to the desired value. If a direct voltage is used as the control voltage and this superimposes an alternating voltage with a small amplitude, the anode current follows the frequency and amplitude of the superimposed alternating voltage. The dependence of the anode current on the superimposed alternating voltage has the advantage that, for.
B. an audio frequency voltage applied to the grid of the ignited tube at the output of the tube occurs accordingly amplified.
FIG. 8 shows a circuit arrangement in which the ignited tube also acts as an amplifier. A DC control voltage applied to the grid-like electrode causes the tube to ignite and extinguish when its value changes. If an alternating voltage Uw with a relatively small amplitude is fed to the control electrode at the same time, this occurs in an amplified manner at the output.