DE1019391B - Fotoelektrische Schaltroehre, insbesondere bistabile fotoelektrische Schaltroehre mit Fotokathode - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Unter einer bistabilen Schaltung bzw. einem bistabilen Schalter versteht man eine Anordnung bzw. eine Vorrichtung mit zwei stabilen Zuständen. Jedes Umkippen von dem einen in den anderen stabilen Zustand wird durch einen Impuls ausgelöst. Ohne diesen bleibt das System in dem einmal angenommenen Zustand liegen. Als schaltende Bauelemente verwendet man in den bekannten Anordnungen Vakuumröhren, gasgefüllte Röhren, Transistoren, Fotozellen sowie stark magnetische und dielektrische Stoffe mit rechteckiger Hysteresisschlaife. Bei der Erfindung wird zur Durchführung bistabiler Schaltungen eine fotoempfindliche Entladungsröhre verwendet, welche durch einen eingestrahlten Strahlungsimpulsstrom leitend gemacht wird und dann in diesem leitenden Zustand durch wechselseitiges Aufeinanderwirken einer strahlungsempfindlichen Kathode und einer Emissionsanode gehalten wird.

Für eine fotoelektrische Schaltröhre, insbesondere bistabile fotoelektrische Schaltröhre mit Fotokathode, besteht die Erfindung darin, daß die aus der Fotokathode bei der Erregung durch einen Strahlungsimpuls emittierten Ladungsträger eine Phosphoreszenz der mit Leuchtstoffen versehenen Anode herbeiführen, die wiederum auf die Fotokathode im Sinne einer Fortsetzung der Ladungsträgeremission zurückwirkt.

Derartige lichtempfindliche Zellen lassen sich zum Steuern einer Anzahl von Vorgängen verwenden, wenn das Bezugslicht in einem besonderen. Gebiet eine vorbestimmte Intensität aufweist oder wenn Lichtimpulse für Steuerzwecke als Folge anderer Bedingungen ähnlich wie bei der üblichen Gittersteuerung eines Thyratrons zum Einsatz kommen. Eine weitere Aufgabe besteht hiernach darin, eine lichtempfindliche Röhre zu schaffen, welche allein auf solche Lichtimpulse anspricht, die eine vorbestimmte Lichtintensität überschreiten. Dies hat den Vorteil, daß ein willkürliches und unerwünschtes Ansprechen der Schaltröhre, bedingt durch statistische Energieübergänge innerhalb des lichtempfindlichen und/oder phosphoreszierenden Elektroden-Deckschichtenmaterials, unterbunden wird. Es ist somit eine Schwelle vorgesehen für die wirksame Lichtintensität, innerhalb welcher ein Ansprechen der Röhre verhindert wird.

Gem'£ß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist danach zwischen der Fotokathode und der Photonen emittierenden Anode eine Gitterelektrode derart vorgesehen, daß die Fotokathode nur bei der Einstrahlung solcher Lichtimpulse wirksam wird, die eine vorbestimmte Lichtintensität überschreiten. Die zwischen der Kathode und der Anode angeordnete Gitterelektrode ist im Sinne der obenerwähnten

Fotoelektrische Schaltröhre,

insbesondere bistabile foto elektrische

Schaltröhre mit Fotokathode

Anmelder:

IBM Deutschland Internationale

Büro-Maschinen Gesellschaft m.b.H.,

Sindelfingen (Württ), Böblinger Allee 49

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 28. März 1955

Donald Reeder Young, Poughkeepsie, N. Y. (V. St. A.),

ist als Erfinder genannt worden

Schwelle wirksam, so daß ein von zufälligen Einflüssen inner- oder außerhalb der Röhre verursachtes unerwünschtes Ansprechen bzw. Umfallen in den anderen stabilen Zustand verhindert wird. Nur ein Lichtimpuls von genügender, oberhalb dieser Schwelle liegender Intensität aus einer außerhalb liegenden lichtquelle erregt die Kathode in solchem Maß, daß die Gitterelektrode gesättigt wird und eine genügende Anzahl von schnellen Elektronen die Anode erreicht. Die hierdurch verursachte Lichtemission hält die Kathode in genügender Erregung und die Röhre so lange im leitenden Zustand, bis die Kathoden- und Anodenspannung reduziert wird.

Die Gitterelektrode weist bei der Vorrichtung nach der Erfindung bezüglich, der Kathode ein derart bemessen.es positives Potential auf, daß alle diejenigen von der Fotokathode emittierten Elektronen zum Gitter fließen, die bei gleichzeitigem Auftreten der Einstrahlung einer äußeren, in .ihrer Intensität unterhalb des gesetzten Schwellwerts liegenden Lichtquelle und der selbständigen, ohne Lichteinfluß eintretenden Emission dar Elektrode auf Grund statistischer Schwankungen ihrer Feldemission emittiert werden. Die Beschreibung erläutert im einzelnen die Erfindung an Hand, der Zeichnungen.

Fig. 1 zeigt eine Fotoröhre mit lichtundurchlässiger Kathode und wendeiförmiger Gitterelektrode gemäß der Erfindung;

Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Fotoröhre nach der Erfindung, bei welcher die auslösenden

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Lichtimpulse durch die halbdurchlässige Kathode einfallen, mit ringförmigem Gitter;

Fig. 3 zeigt in Diagrammform die Strahlungsenergien in Abhängigkeit von der Wellenlänge für die Leuchtmassen Calciumwolframat und Willemit im Vergleich zu dem fotoemissionsfähigen Material SbCs₄;

Fig. 4 zeigt die Kennlinie für das Nachleuchten von Calciumwolframat- und Willemitphosphoren;

der Röhre hat die zylinderförmige Anode einen Außendurchmesser von 6,4 mm, das Gitter hat 19 mm Durchmesser und eine Steigung von 1 mm in seiner Wendel. Die Kathode hat einen Innendurchmesser von 25 mm. Sämtliche Elektroden sind etwa 25 mm lang. Ähnliche Flächenverhältnisse sind bei den Elektroden der abgewandelten Ausführungsform nach Fig. 2 beibehalten.

Die Röhre wird nach dem an sich bekannten

Fig. 5 zeigt ein Schaltbild für die Fotoröhre nach io Fertigungsverfahren hergestellt mit der einen nachder Erfindung. folgend beschriebenen Ausnahme: Vor dem Zu-

Fig. 1 zeigt beispielsweise eine Anordnung der sammenbau der Elektroden wird die Kathode mit Elektroden innerhalb des üblichen Glaskolbens 10. Antimon und die Anode mit Calciumwolframat oder Die Kathode besteht aus zwei halbzylindrischen Tei- Willemit beschichtet. Dann, werden sie in einem Glaslen 11, die koaxial um die mittlere Anode 12 und die 15 kolben eingesetzt, der die üblichen Getterröhrchen wendeiförmige Gitterelektrode 13 liegen. Das die mit einer Pille von 22 mg Caesiumchrornat-Silizium Schaltfunktion der Röhre auslösende Licht fällt von mit einer Nickelkappe in einem der Röhrchen besitzt, einer außerhalb angeordneten Lichtquelle oder durch Nach dem Auspumpen wird das Caesium frei gemacht eine Kernzelle entweder in axialer Richtung oder und die Röhre bei Temperaturen bis zu 500° C entdurch eine der beiden Spalten zwischen den Kathoden- 20 gast, bei denen eine optimale Sb Cs₄-Bildung erreicht hälften auf die inneren Kathodenflächen. wird.

Fig. 2 zeigt eine abgewandelte Bauart; die Bezugs- Wie oben erwähnt wurde, dient das Gitter 13 dazu,

nummern für gleichartige Bauelemente sind bei- als Schranke für die Elektronenstrahlung zwischen behalten. Hier besteht die Kathode 11 aus einer Anode und Kathode zu wirken. Es erhält dazu über (halb-) durchlässigen Fläche für die auslösenden Licht- 25 eine sehr große Impedanz ein. positives Potential, das impulse. Die Gitterelektrode ist als Ring 13 zwischen der positiven Spannung der Anode entspricht oder

auch größer als diese ist. Für statistisch zufällige Fotoemissionen oder für sehr schwache Lichtimpulse teilt sich daher der Elektronenstrom auf die Anode 12

phosphoreszierendem Material belegt, so daß nach ein- 3o und die Gitterelektrode 13 auf. Da die Impedanz der maliger Erregung der Kathode durch einen Licht- Gittervorspannungszuleitung sehr groß ist, wird

durch einen von, intensivem Lichtimpuls erzeugten Fotostrom das Stromleitvermögen des Gitterkreises überschritten, und die Elektronen erreichen die Anode 35 in größerer Anzahl, so daß die Übertragungsleistung sich dem gleichen Wert nähert, den sie ohne die Gitterelektrode als Schranke aufweisen würde.

In Fig. 5 ist die Schaltung der Röhre mit den zum Betrieb erforderlichen Schaltelementen, und deren

differenz zwischen Anode und Kathode, "d. h. vom 4° Größen schematisch aufgezeichnet. Die Röhre erhält elektrischen Feld, abhängig. Die Spektralverteilung in dieser Weise die obengenannten Arbeitsspannungen, der Strahlung von SbCs₄, welches als fotoelektrischer ^Die Anode 12 ist über einen Widerstand 20 von Belag der Kathode verwendet wird, ist in Fig. 3 zu- 0,5 Megohm an ein Potentiometer 21 angeschlossen, sammen mit den Kurven der Strahlungsenergie- welches seinerseits an. einer negativ geerdeten umwandlung für Calciumwolframat und Willemit, die « Spannungsquelle 22 von etwa + 2,5 kV liegt. Die beide für die Beschichtung der Anode herangezogen Gitterelektrode 13 ist mit der positiven Klemme des werden können, aufgezeichnet. Beide Leuchtmassen Potentiometers 21 über einen Widerstand 23 von haben einen Großteil ihrer Strahlungsenergie inner- 50 Megohm verbunden. Die Kathode 11 liegt an Erde halb des wirksamen Erregungsbereiches des foto- und damit auch an der negativen. Seite der Spannungselektrischen SbCs₄; doch hat Calciumwolframat eine 50 quelle 22 über eine Parallelschaltung von Kondenwesentlich kleinere Nachleuchtdauer als Willemit — sator24 und Widerstand 25 von 100 kOhm. wie aus Fig. 4 ersichtlich ist. Beim Aufbau der Röhre Die beim Stromführen der Röhre auftretenden

erweist sich aber die Beschichtung mit Calcium- Ausgangssignale können an den Widerständen 20 wolframat schwieriger durchzuführen, so daß Wille- oder 25 abgegriffen werden, oder auch mittels eines mit zu besseren Erfolgen führt. Die Erfindung soll 55 in Serie an den Anoden-Kathoden-Stromkreis angeschlossenen Belastungswiderstandes. Der Ohmwert des Widerstandes 25 bestimmt den Sättigungsstrom beim Stromführen der Röhre und damit auch deren Lebensdauer. Die Kapazität 24 dient als Überlastungs-60 schutz zum Abschalten bei übermäßiger Lichtintensität oder als Zeitschalter zum Begrenzen der Stromführungsdauer nach jedem das Stromführen auslösenden Lichtimpuls.

kann durch Einmischen von Kohlepulver zur Leucht- Bei Verwendung als Überlastungsschutz verursacht

masse geschehen. Überdies hat dies einen geringeren 65 ein übermäßiger Anodenstrom ein Spannungsgefälle Zersetzungsgrad, d. h. längere Lebensdauer, zur am Widerstand 25, und der Kondensator nimmt die Folge. Die Lebensdauer kann weiter verbessert wer- entstehende Ladung, die dem Anoden-Kathodenden, indem eine großflächige Anode mit relativ Spannungsgefälle entgegengesetzt ist, für eine im dünner Beschichtung mit Leuchtmasse vorgesehen Vergleich zur Dauer des Lichtimpulses lange Zedt in wird. Bei der in Fig. 1 gezeichneten Ausführungsform 70 sich auf. Bei Verwendung als Zeitschalter wird der

Kathode und Anode angeordnet.

In beiden Ausführungsformen ist die Kathode 11 mit fotoelektrischem Material und die Anode 12 mit

impuls die dann einsetzende Elektronenemission zur Anode hin diese zum Leuchten bringt, wodurch wiederum die Kathode weiterhin erregt wird und der leitende Zustand der Röhre baibehalten wird.

Für ein gegebenes zusammenpassendes Paar aus einer mit Phosphor bedeckten Anode und einer Fotokathode ist das erforderliche Energieniveau zum Aufrechterhalten der Stromleitung von der Spannungs-

jedoch nicht auf Fotoröhren mit gerade diesen speziellen Beschichtungsmassen beschränkt sein. Auch andere fotoelektrische Schichten und Leuchtmassen können miteinander arbeiten und als Elektrodenbelegungen Verwendung finden.

Da die Leuchtmasse den gesamten durch die Röhre fließenden Strom leiten muß, ist es vorteilhaft, ihren inneren Widerstand, möglichst herabzusetzen. Dies

Widerstand 25 so groß gemacht, daß beim Entladen des Kondensators 24 über den Röhrenkreis der Entladestrom einen derartigen Spannungsabfall an der Röhre verursacht, daß die Spannungsquelle 22 die mindesterforderliche Anoden - Kathoden - Spannung nicht aufrechterhalten kann.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Fotoelektrische Schaltröhre, insbesondere bistabile fotoelektrische Schaltröhre mit Fotokathode, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Fotokathode (11) bei der Erregung durch einen Strahlungsimpuls emittierten. Ladungsträger eine Lichtquantenemission der mit Leuchtstoffen versehenen Anode (12) herbeiführen, die wiederum auf die Fotokathode (11) im Sinne einer weiteren Emission von Ladungsträgern, zurückwirkt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Fotokathode (11) und der Lichtquanten emittierenden Anode (12) eine Gitterelektrode (13) vorgesehen und derart wirksam ist, daß die Fotokathode (11) eine Anodenemission nur bei der Einstrahlung solcher Strahlungsimpulse auslöst, die eine vorbestimmte Lichtintensität überschreiten.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterelektrode (13) bezüglich der Kathode (11) ein, derart bemessenes positives Potential aufweist, daß alle diejenigen von der Fotokathode (11) emittierten Elektronen zum Gitter (13) fließen, die bei gleichzeitigem Auftreten der Einstrahlung einer äußeren, von ihrer Intensität unterhalb des gesetzten Schwellwertes, liegenden, Lichtquelle und der selbständigen, ohne Lichteinnuß eintretenden Emission der Elektrode auf Grund statistischer Schwankungen ihrer Feldemission emittiert werden.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer halbdurchlässigen Fotokathode (11) und einer Lichtquanten emittierenden Anode (12) eine ringförmige Gitterelektrode (13) vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotokathode (11) SbCs₄ und die Lichtquanten, emittierende Anode (12) Willemit oder Calciumwolframat enthält.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Widerstand der stromführenden Anodenleuchtstoffmasse durch Zusatz von Kohlepulver herabgesetzt ist.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine großflächige Anode (12), die mit einer relativ dünnen Leuchtstoffschicht bedeckt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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