DE1021497B - Kaltkathoden-Gasentladungsroehre - Google Patents

Description

Die Erfindung liefaßt sich mit dem Aufbau und der Verwendung von gasgefüllten Kaltkathoden-Entladungsröhre« für Schaltungseinrichtungen zur Übertragung sprachfrequenter Ströme.

Tn Schalteinrichtungen werden derartige Kaltkathoden-Gasentladungsröhren oft als mit Spannung zu betätigende Relais od. dgl. verwendet. Hierbei treten jedoch Schwierigkeiten auf, wenn es erwünscht ist, einen Sprachübertragungsweg durch eine Kaltkathodenröhre zu führen. Wenn eine Sprachfrequeinz-Übertragungsschaltung einen Anoden-Kathoden-Entladungsweg einer Kaltkathodenröhre einschließt, so neigt diese bekanntlich dazu, in den Stromkreis ein Geräusch zu induzieren. Es wurde versucht, diese Schwierigkeiten durch Verminderung der Impedanz des Kathoden-Anoden-Weges auf Werte zu vermeiden, die kleiner als 1000 Ohm sind. Trotzdem sind aber die Verluste des Schalters noch hoch, insbesondere, wenn er direkt in einen normalen 600-Ohm-Kreis eingeführt wird. Zusätzlich bewirkt die Trägheit der Gasionen, daß die Impedanz eines derartigen Übertragungsweges als ein Widerstand wirkt, dem eine Induktivität parallel geschaltet ist, deren Wert in der Größenordnung von Henry liegt.

Durch die USA.-Patentschrift 2 579 306 sind Kaltkathoden-Gasentladungsröhren mit einer Kathode und beispielsweise zehn Anoden bekanntgeworden, die in Uinrechnungssystemen, Crossbar-Anordnungen, Verwendung finden.

Ferner ist in der USA.-Patentschrift 2 427 533 eine Röhre mit indirekt beheizter Kathode, einem Steuer- und einem Schirmgitter und einer Anzahl von Anoden beschrieben, die als Zählröhre verwendet wird.

Im Verlauf der Untersuchung bezüglich der Verwendbarkeit einer elektrischen Kaltkathoden - Entladungsröhre als Schalter zum Öffnen oder Schließen eines Sprachfrequenzübertragungsweges sind die vorliegenden Anwendungen ermittelt worden, gemäß welchen die Kaltkathodenröhre zwei benachbarte Anoden aufweist, die von einer gemeinsamen Kathode einen bestimmten Abstand aufweisen, wobei die Anoden bezüglich Gleichstrom parallel und bezüglich der Sprachströme in Serie geschaltet sind. Die Impedanz des Weges zwischen den Anoden ist bei bestehender Entladung wesentlich geringer als bei den vorher beschriebenen Anwendungsfällen, und die Geräusch- -pannungen sind nicht mehr störend.

Vom Standpunkt der Schaltung aus sieht die Erfindung deswegen einen Schalter vor, der aus einer Gasentladungsröhre mit einer kalten Kathode und: zwei hiermit zusammenwirkenden Anoden besteht und bei der über den Weg zwischen den beiden Anoden während der Entladung zwischen der Kathode und den entsprechenden Anoden ein elektrischer Über-Kaltkathoden-Gasentladungsröhre

Anmelder:

International Standard Electric
Corporation, New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt,
Stuttgart-Zuffenhausen, Hellmuth-Hirth-Str. 42

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 10. April 1952

Arnold Hugh William Beck, Thomas Meirion Jackson

und John Lytollis, London,
sind als Erfinder genannt worden

tragungsweg gebildet wird. Natürlich können auch mehrere Anoden verwendet werden, zwischen denen bei bestehender Entladung zwischen der Kathode und den Anoden paarweise elektrische Übertragungswege ausgebildet werden.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Übertragungsweges zwischen den beiden Anoden während der Entladung zwischen der Kathode und dien entsprechenden Anoden ist die Impedanz zwischen den Anoden bei bestehender Entladung wesentlich geringer als bei Anordnungen, bei welchen der Kathoden-Anoden-Entladungsweg des Übertragungsweges verwendet wird. Ferner hat die erfmdungsgemäße Anordnung den Vorteil, daß die Geräuschspannungen so niedrig sind, daß sie nicht mehr störend wirken.

Wenn die beiden Anoden gegenüber der Kathode so angeordnet sind, daß sie beide etwa am Rand des Kathodendunkelraumes liegen, so kann eine kleine Arioden-Anoden-Impedanz erzielt werden. Das bedeutet allerdings, daß für jede Strecke sowohl die Zünd- als auch die Brennspannungen dann gleich sind, was im allgemeinen nicht erwünscht ist. Durch Anwendung einer für diesen Zweck besonders geeigneten Gasfüllung und eines bestimmten Streckenabstandes kann aber erreicht werden, daß die Brennspannung der Strecke zwischen der Kathode und jeder Anode gegenüber der Zündspannung klein ist.

Um eine maximale Differenz zwischen der Zündspannung und der Brennspannung für die Anoden-Kathoden-Strecken zu erhalten, sollten die Anoden einen möglichst großen Abstand von der Kathode aufweisen. Wenn jedoch die Anoden-Kathoden-Strecke zu

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groß ist, so steigt nicht nur die Anoden-Ancden-Impedanz an, sondern es entsteht, wie später näher zu erklären sein wird, eine Geräuschspannung, sobald der Abstand der Anoden von der Kathode größer ist, als es dem Grenzbereich des Faradayschen Dunkelraumes entspricht. Entsprechend einem weiteren .Merkmal sind. deswegen die Anoden so angeordnet, daß die Anoden bei Bestehen einer anomalen Glimmentladung zwischen der Kathode und beiden Anoden zwischen dem Kathodendunkel raum und dem Faradayschen Dunkelraum in einem Bereich angeordnet sind, in welchem sie im wesentlichen nicht von einer Elektronen rauniladung umgeben werden.

Bei dieser Röhre können die verschiedensten Elektrodenanordnungen verwendet werden. Beispielsweise kann die Kathode durch einen flachen Streifen gebildet werden und die Anode von einander benachbarten Stäben oder ebenfalls flachen Streifen, die sowohl parallel zueinander als auch parallel oder auch rechtwinklig zur Kathode angeordnet sind. Bei zylindrischer Anordnung bestehen weitere Möglichkeiten: Stabförmige Anoden mit einer umgebenden Kathode oder stabförmige Kathode mit umgebenden Anoden. Bei gewissen Anwendungsfällen kann es notwendig sein, die statistische Verzögerung der Zündung der Anoden-Kathoden-Strecken zu beseitigen. In diesem Fall muß dafür gesorgt werden, daß von der Kathode Fotoelektronen ausgesendet werden.

Obwohl für gewisse Anwendungen die Verwendung einer einfachen Diode notwendig ist, kann für andere Anwendungen eine zusätzliche Auslöseelektrode als Mittel zur Zündung der Anoden-Kathoden-Strecken nützlich werden.

Die Erfindung wird an Hand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben. In diesen Zeichnungen ist im einzelnen folgendes dargestellt: In

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zur Erklärung der Verwendung einer der Erfindung entsprechenden Röhre,

Fig. 2 eine Schaltungsanordnung, die entsprechend der Erfindung ausgebildet i.st, mit einer Doppelröhre, die einen Schalter in einer gegenüber Erde symmetrischen Paralleldrahtleitung darstellt.

Fig. 3 der Aufbau einer der Erfindung entsprechenden Röhre,

Fig. 4 ein Diagramm zur Erklärung der Wirkungsweise der Röhre nach Fig. 3,

Fig. 5 bis 10 verschiedene Elektrodenanordnungen, Fig. 11 ein Diagramm zur Erklärung der Einwirkung der Anoden-Kathoden-Streckenlänge auf die Anoden-A.noden-Impedanz,

Fig. 12 eine Schaltungsanordnung zur Erklärung der Wirkungsweise von Hilfsauslöseelektroden zur Einleitung einer Anoden-Kathoden-Entladung.

Tn Fig. 1 ist eine elektrische Kaltkathoden-Entladungsröhre 1 mit einer Kathode 2 und den Anoden 3 und 4 dargestellt. Die Kathode 2 liegt über einen Widerstand 5 und ein Gleic.brichterelement 6 an Masse. Der Gleichrichter 6 ist so geschaltet, daß der Weg von der Kathode 2 zur Masse niederohmig ist. Die Anoden sind über Widerstände 7 bzw. 8 mit der Klemme 9 verbunden, die an dem positiven Pol einer Gleichspannungsquelle H.T. (nicht dargestellt) liegt. Das eine Ende der Sekundärwicklung des Sprachfrequenzübertragers 10 ist über den Kondensator 12 und eine Belastungsschaltung 11 mit der Anode 3 verbunden, während das andere Ende über den Blockkondensator 13 an der Anode 4 liegt. Die Widerstände 5, 7 und 8 und die Spannungsquelle an der Klemme 9 sind so bemessen, daß eine einmal zwischen einer der Anoden und der Kathode 2 gezündete Entladung aufrechterhalten wird und diegesamteKathodenrläche bedeckt. Die verfügbare Spannung ist dagegen zu einer anfängliehen Zündung der Strecke nicht ausreichend. Für die Zweck· der Zündung liegt die Kathode 2 über den Widerstand 14, der hohe Impedanzen aufweist, an der Klemme 15. Wird dieser Klemme 15 ein negativer Impuls zugeführt, wenn der Gleichrichter 6 nicht ίο leitend ist, so vermindert sich die Kathodenspannung um einen Betrag, der für die Zündung der Röhre hinreichend ist. Der sodann den Gleichrichter 6 durchfließende Entladungsstrom vermindert den Widerstand des Gleichrichters und läßt auf diese Weise irgendwelche weiteren der Klemme 15 zugeführten negativen Spannungen unwirksam werden. Vor der Zündung der Röhre ist die Impedanz zwischen den Anoden 3 und 4 sehr hoch, so daß von dem Übertrager 10 üt>er die Belastungsschaltung 11 im wesentlichen kein Sprachstrom gelangen kann. Nach Zündung der Röhre wird dagegen die Impedanz zwischen den Anoden 3 und 4 sehr klein und auf diese Weise der Stromkreis für die Belastung 11 geschlossen. Die Entladung kann durch Anlegung eines negativen Impulses an die Klemme 9 gelöscht werden, der die Anodenspannung unter den Brennspannungswert der Röhre vermindert. Es sei bemerkt, daß die hier beschriebene Art der Zündung und Löschung der Röhre nur ein Ausführungsbeispiel darstellt und daß für diesen Zweck natürlidi verschiedene Möglichkeiten bestehen.

Bei Verwendung einer Röhre, deren Aufbau im folgenden beschrieben wird, wurde festgestellt, daß der Weg zwischen den Anoden 3 und 4 für Sprachfrequenzen einen im wesentlichen reellen Widerstand zwischen 50 und 80 Ohm darstellt, wenn die Kathode von der Glimmentladung vollkommen bedeckt wird, d. h., wenn die Entladung anomal ist. Hierbei war weder ein Rauschen feststellbar, noch änderte sich die Anoden-Anoden-Impedanz innerhalb des Tonfrequenzbereichs merklich in Abhängigkeit von der Frequenz. Versuche bis zu Frequenzen von 50 IcHz haben gezeigt, daß diese Impedanz im wesentlichen reell und freouenzuuabhängig ist. Es ist möglich, zwischen den Anoden eine Sprachfrequenz^pannung anzulegen, ohne daß harmonische Verzerrungen auftreten, sogar dann, wenn die Amplitude nahezu hinreichend ist, um den Entladungsgleichistrom zu einer der Anoden während einer Halbwelle zu unterdrücken. Wenn weiterhin ein starker Stromstoß zwischen den Anoden auftritt, so wird der Strom zu einer der Anoden unterbrochen, und der Strom zu der anderen nähert sich einem bestimmten Maximalwert, der von der angelegten Spannung unabhängig ist. Nach diesem Stromstoß wird die Strecke zu der Anode, die unterbrochen war, infolge der lonisationskopplung von der Entladung zur anderen Anode wieder gezündet. Wenn andererseits die Anoden-Kathoden-Strecke einer Kaitkathodendiode verwendet worden wäre, so würde ein Spannungsstoß entweder eine Löschung der gesamten Entladung bewirken, wenn er die Anoden spannung vermindert, oder er würde bewirken, daß durch die Röhre ein starker Strom fließt, wenn er die Anodenspannung erhöht. Gemäß der Erfindung wirkt die Schaltröhre als Spannungsstoßbegrenzer, und die Kathodenentladung wird durch einen derartigen Spannungsstoß nicht gelöscht.

Tn Fig. 2 ist eine der Erfindung entsprechende Einrichtung gezeigt, die insbesondere für die Verwendung in einer Gegentaktschaltung geeignet ist. Zwei Übertrager 16 und 17. deren Sekundärwicklungen einen

Mittelabgriff aufweisen, dienen als Eingangs- bzw. Ausgangsschaltglieder. Das Widerstandsverhältnis der Transformatoren ist vorzugsweise so gewählt, daß für hochohmige Schaltungen Anpassung besteht. Die Düppelröhre 18 besitzt zwei Elektrodensysteme, die ähnlich dem in Fig. 1 gezeigten sind. Die Anoden 19 und 20 der einen Einrichtung sind mit je einem Ende der Sekundärwicklungen der Übertrager 16 bzw. 17 verbunden, wobei die Verbindung von der Anode 20, wie dargestellt, über einen Gleichrichter 21 erfolgt. Tn gleicher Weise sind die anderen Enden der Sekundärwicklungen der Übertrager entsprechend mit dem anderen Anodenpaar 22 und 23 verbunden. In die Verbindung zur Anode 23 ist ein Gleichrichter 24 eingeschaltet. Die Kathoden 25 und 26 liegen über Drosselspulen 27 bzw. 28 und Gleichrichter 29 bzw. 30 an Masse. .Sämtliche Gleichrichter sind so geschaltet, daß sie für den normalen Entladungsstrom einen geringen Widerstand darstellen. Den Mittelabgriffen 31 und 32 der Sekundärwicklungen der Übertrager 16 und 17 wird über Strombegrenzungswiderstände 33 und 34 eine Spannung zugeführt, die hinreichend ist, um die Entladung an den Anoden-Kathoden-Strecken der Röhre aufrechtzuerhalten. Die Anoden 20 und 23 sind über hochohmige Widerstände 35 und 36 mit Klemmen 37 bzw. 38 verbunden, an die gleichzeitig positive Impulse angelegt werden können. Von den Klemmen 39 und 40 können weiterhin den Kathoden 25 bzw. 26 über hochohmige Widerstände 41 bzw. 42 gleichzeitig negative Impulse zugeführt werden. Die Schaltung ist so bemessen, daß zur Zündung der Röhre ein gleichzeitiges Anlegen positiver Impulse an die Klemmen 37 und 38 sowie negativer Impulse an die entsprechenden Kathodenklemmen 39 und 40 notwendig ist. Wenn diese Übereinstimmung eintritt, zünden beide Röhrensysteme, so daß die Gleichrichter 21, 24, 28 und 29 nunmehr niederohmige Widerstände darstellen und die Impulse kurzschließen, so daß weitere Impulse ohne Einfluß bleiben. Die Entladungsstrecken Kathode 25 - Anode 19 und Kathode 26 -Anode 27 werden durch Ionisationskopplung von den jeweils benachbarten Strecken gezündet, wenn beide Röhrensysteme gezündet sind. Zur Löschung der Entladung, also zum Trennen der Verbindung zwischen den Übertragern 16 und 17, kann den Schaltpunkten 31 und 32 ein negativer Impuls zugeführt werden, der die Anodenspannung auf einen Wert unterhalb der Brennspannung vermindert. Es hätten beispielsweise zur Löschung der Entladungen auch positive Impulse an die Klemmen 39 und 40 angelegt werden können.

Mit dieser Einrichtung lassen sich ähnliche Ergebnisse erzielen, wie sie im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben wurden. Infolge der geringen Anoden-Anoden-Impedanz und der vergleichsweise hohen Wechselstromimpedanz zwischen den Anoden und den zugehörigen Kathoden sowie durch Einwirkung der Drosselspulen 27 und 28 ist die Dämpfung der Anoden-Anoden-Strecken klein. Es lassen sich Werte von 0,1 bis 0,4 db erzielen.

In Fig. 3 ist eine praktische Ausführung einer der Erfindung entsprechenden Röhre dargestellt. Das System befindet sich in einer üblichen Miniatur-Radioröhrenumhüllung 43. An einer vertikalen Glimmerplatte 44, die zwischen den Glimmerscheiben 45 und 46 gehalten wird, ist an der einen Seite eine rechteckige Kathodenplatte 47 und an der anderen Seite eine rechteckige Kathodenplatte 47' befestigt. Die Befestigung ist so vorgenommen, daß Störungen infolge Kathodenzerstäubung vermieden werden. Die Anoden haben die Form von Stäben 48 und 49, deren Achsen in einer zur Kathode parallelen Ebene liegen. Von einem weiteren Paar von Anodenstäben 50 und 51 der anderen Röhrenhälfte sind in der Darstellung nur die Enden zu sehen, die durch die Glimmerscheibe 45 hindurchragen.

Bei dieser Anordnung werden geringe Anoden-Anoden-Impedanzen durch Verwendung von reinen inerten Gasen, beispielsweise Helium, Argon oder Neon oder Gasmischungen, insbesondere Neon-Argon und Neon-Argon-Wasserstoff erzielt. Bei praktisch ausgeführten Röhren mit einer Gasfüllung von 99% Neon und 1⁰Zo Argon und: einem Druck von 30 mm Hg, bei welchen die Anoden-Kathoden-Abstände so gewählt worden sind, daß eine Zündspannung zu einer dar Anoden etwa 200 V beträgt, lagen die Brennspannungswerte zwi sehen 150 und 180 V. Eine zufriedenstellend arbeitende Röhre mit einer Heliumfülkmg bei ähnlichem Druck hatte eine Zündspannung von 300 und eine Brennspannung von 200 V für jede Anode. Es ist zu ersehen, daß die Differenz zwischen der Zünd- und der Brennspannung bei haliumgefüllten Röhren größer ist als bei neongefüllten. Hierauf wird in der folgenden Beschreibung noch näher eingegangen. Der Abstand zwischen den Anoden ist, wie festgestellt wurde, nicht kritisch. Sonst ähnliche Röhren, bei welchen der Anoden-Anoden-Abstand von 5 bis 0,5 mm variiert, unterscheiden sich in ihren Charakteristiken nur unwesentlich.

Wenn die Anoden in einer der Erfindung entsprechenden Röhre einzeln von verschiedenen Spannungsquellen gespeist werden, so ist die Differenz der zu den beiden Anoden fließenden Stromanteile über einen gewissen Bereich der Potentialdifferenz zwischen den Anoden im wesentlichen linear. Eine typische derartige Charakteristik ist durch die Kurven in Fig. 4 veranschaulicht. Zur Ermittlung dieser Kurven wurde eine Schaltung verwendet, die ähnlich der der Fig. 1 ist, und in die eine zusätzliche Gleichspannungsquelle an Stelle des Transformators 10, der Belastung 11 und der Blockkondensatoren 12 und 13 eingeführt wurde. In die Leitung zu jeder Kathode wurde je ein Meßinstrument eingeschaltet und die Anodenströme über der Anoden-Anoden-Spannungsdifferenz aufgetragen. Der Kathodenstrom wurde so eingestellt, daß anomale Entladung bestand, d. h., daß die gesamte Kathodenfläche von der Glimmentladung bedeckt war. Wenn sich die Anoden auf gleichem Potential befinden, beträgt der Entladungsstrom zu jeder Anode 12,5 mA. Sobald die Spannung an einer Anode ansteigt, steigt auch der Strom zu dieser Anode, wie durch Kurve A angedeutet, zunächst linar und ziemlich schnell an, bis er schließlich im wesentlichen konstant bleibt, während sich der Strom zu der anderen Anode (Kurve B) entsprechend vermindert. Bei der Röhre, auf welche sich diese Kurven beziehen, bewirkt also eine Spannungsdifferenz an den beiden Anoden innerhalb eines Bereichs von etwa ± 1 V eine dieser Spannungsdifferenz proportionale Differenz der Entladungsströme, während der gesamte Entladungsstrom im wesentlichen konstant bleibt. Wenn also Wechselstrom zugeführt wird, wirkt die Röhre wie ein 1 : !-Transformator, der an einen Ein-Aus-Schalter angekoppelt ist, und wie eine Spannungsbegrenzerschaltung.

Beste Arbeitsbedingungen werden erzielt, wenn der Kathodenbelastungswiderstand groß ist. Bei der Schaltung, mit der die Kurven nach Fig. 4 gemessen werden, kann ein Kathodenwiderstand von 17,5 kOhm angewendet werden. Es ist aber zu bemerken, daß der Grad der Anpassung in Abhängigkeit von den entsprechenden Werten der Anoden- und Kathoden-Gleichstrom-

belastung nicht kritisch ist. Eine Verminderung der scheu Verzögerung der Zündung der Anoden-Kathoden-Kathodenbelastung von 5 kOhm ist zulässig. Strecke hinreichend ist, aber die anderen Charakte-

In der Anordnung nach Fig. 3 ist jeder Anode nur ristiken dieser Strecken nicht wesentlich beeinflußt, ein einzelnes Anodenpaar zugeordnet. Eine andere In den Fig. 8 bis 10 sind zylindrische Anordnungen

Anordnung ist in Fig. 5 gezeigt. Es wurde nämlich 5 gezeigt. In Fig. 8 besteht die Kathode 2 aus einem festgestellt, daß die Impedanz zwischen den Anoden Stab, der koaxial von den zylindrischen Anoden 3 vermindert werden kann, wenn vier gleiche Anoden- und 4 umgeben wird, die in Richtung der Achse der stäbe 52 bis 55 in einer Linie und parallel zur Ka- Kathode einen gewissen Abstand aufweisen. In Fig. 9 thode 47 angeordnet und abwechselnde Anoden 52 ist die Kathode 2 zylindrisch ausgeführt, und die und 54 bzw. 53 und 55 miteinander verbunden sind, ₁₀ Anoden 3 und 4 werden von axialen Stäben gebildet, die die einzelnen Anoden 48 und 49 (Fig. 3) ersetzen. die von beiden Seiten so eingeführt sind, daß ein Wenn gewünscht, können in ähnlicher Weise sechs geringer Abstand verbleibt. In Fig. 10 schließlich ist oder mehr Anodenstäbe verwendet werden. die Kathode 2 wiederum zylindrisch, während die

Weitere Anodenanordnungen sind schematisch in Anoden 3 und 4 von Stäben gebildet werden, die den Fig. 6 bis 10 dargestellt. Hierin sind die Elek- ₁₅ nebeneinander symmetrisch innerhalb der Kathode troden mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie verlaufen.

in der schematischen Schaltungsanordnung nach Fig. 1. Bei den Anordmingen nach Fig. 9 und 10 ist die

In Fig. 6 beispielsweise wird die Kathode 2 von einer Zündung der Anoden-Kathoden-Strecken schwierig rechteckigen Platte gebildet und die Anoden 3 und 4 infolge der abschirmenden Wirkung der umgebenden durch parallele Streifen, die gegenüber der Kathode 2 ₂₀ Kathode. Bei manchen Anwendungsfällen kann aber parallel angeordnet sind. eine statistische Zündverzögerung zugelassen werden.

Bei gewissen Arbeitsbedingungen, insbesondere bei Wie bereits oben ausgeführt, erweist sich der AbBetätigung durch Impulse, kann durch die statistische stand zwischen den Anoden irgendeiner der Einrich-Verzögerung der Anoden-Kathodien-Strecke eine Stö- tungen als unkritisch. Der Abstand zwischen Anode rung auftreten. Es ist bekannt, daß in einer Kalt- ₂₅ und Kathode muß dagegen sorgsam gewählt werden, kathodenröhre bei Abwesenheit jeglicher Ionisation insbesondere wenn, die Anoden-Kathoden-Strecken zwischen Anode und Kathode bei Anlegung einer durch Übereinstimmungs-Impuls-Einrichtungen zu Anoden-Kathoden-Spannung, die höher ist als die für zünden sind. Für die Verwendung in einer Übereindie Zündung normalerweise notwendige, einige Zeit stimmungs-Impuls-Einricbtung, wie sie etwa im Zuvergehen kann, bevor eine Zündung eintritt. Erst so- ₃₀ sammenhang mit Fig. 2 beschrieben wurde, ist es bald einige geladene Partikel in die Strecke gelangen, wünschenswert, daß jeweils eine große Differenz kann eine Zündung bewirkt werden. Diese geladenen zwischen der Zündspannung und der Brennspannung Partikel können beispielsweise durch Ionisation infolge besteht.

kosmischer Strahlen oder durch Einwirkung von Licht In einem Diagramm, in dem Anoden-Anoden-Impe-

auf die Kathode erzeugt worden sein. Die Verzöge- ₃₅ danz als Ordinate und das Produkt von Anoden-Karung der Zündung in Abhängigkeit hiervon ist als thoden-A.bstand und Gasdruck als Abszisse aufgestatistische Verzögerung der Streckenzündung bekannt. tragen sind, zeigt sich, daß die Kurven für verschie-Diese statistische Verzögerung kann durch Einführung dene Gasfüllungen bei kleinen Werten des Produktes einer radioaktiven Substanz in die Röhrenumhüllung, weitgehend flach verlaufen, aber bei höheren Produktdurch Einwirkung von Licht geeigneter Wellenlänge ₄₀ werten stark ansteigen.

auf die Kathode oder durch Erzeugung von Ionen mit Einige derartige Kurven sind 1>eispielsweise in

Hilfe einer gezündeten Hilfsentladungsstrecke oder Fig. 11 dargestellt. Die Kurve A bezieht sich auf eine einer leuchtenden Glimmentladung beseitigt werden. mit Argon gefüllte Röhre mit einem Kathodenstrom In Fig. 6 sind zwei zusätzliche Elektroden 56 und 57 von 20 mA, Kurve B auf eine mit Helium gefüllte dargestellt, zwischen denen eine leuchtende Glimm- 45 Röhre mit einem Kathodenstrom von 20 mA und die entladung aufrechterhalten wird. Wenn es erwünscht Kurve B' auf die gleiche Röhre mit einem Kathodenist, nur die statistische Verzögerung der Zündung strom von nur 10 mA. Es ist zu ersehen, daß der dieser Strecke, nicht aber die Anoden-Kathoden-Zünd- Anoden-Anoden-Streckenwiderstand in allen Fällen spannung zu vermindern, ist es zweckmäßig, dafür zu über einen Teil des Abszissenbereichs weitgehend konsorgen, daß keine geladenen Teilchen von der Glimm- 50 stant ist, dann aber sehr schnell ansteigt. Dieser steile entladung in irgendeine der Hauptstrecken gelangen Anstieg der Anoden-Anoden-Impedanz tritt auf, wenn können. Das Licht der Entladung ist hinreichend, um die Anode hinter dem Ende des Bereichs aes Faraday-Fotoelektronen von der Kathode zu befreien. Deswegen sehen Dunkelraumes liegt, in welchem sich im wesentsind die Elektroden 56 und 57 in einer Ouarzröhre 58 liehen keine die Anode umgebende Elektronen-Raumekigesehlossen, die zwar zuläßt, daß das Licht der 55 ladung befindet.

erforderlichen kurzen Wellenlänge ohne wesentliche In einer Glimmentladung über eine lange Strecke

Dämpfung hindurchgelangen kann, während sie ver- tritt neben der Kathode ein Dunkelraum auf, der als hindert, daß geladene Teilchen die anderen Elektroden Crookescher oder Kathoden-Dunkelraum bekannt ist. erreichen und so die Anoden-Kathoden-Zündspannung Dann schließt sich ein leuchtendes Glimmen, bekannt vermindern. 60 als Kathoden-Glimmlicht, an, sodann ein zweiter

In Fig. 7 ist die Kathode wiederum als Platte dar- Dunkelraum, der als Faradayscher Dunkelraum begestellt. Die Anoden 3 und 4 werden von einander kannt ist, und schließlich ein leuchtender Bereich, die parallelen Streifen gebildet, deren Kanten zur Kathode sogenannte positive Säule. Im Faradayschen Dunkelzeigen. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird an Stelle raum ist der Stromfluß meist völlig elektronisch, da der Entladungselektroden 56 und 57 in der Quarz- 65 sich dort nur sehr wenig positive Ionen befinden, röhre 58 eine heizbare Drahtspule 59 verwendet, die während in der positiven Säule im wesentlichen in sich in der Nähe der Entladungsstrecke befindet. Es gleichem Maße positive Ionen und Elektronen am wurde festgestellt, daß mit einem auf etwa 1400° K Stromrluß in entgegengesetzten Richtungen beteiligt erhitztem Wolframdraht eine Beleuchtung der Ka- sind und ein Gasplasma bilden. In dem Plasma der thoden erzielbar ist, die zur Beseitigung der statisti- 70 positiven Säule bilden sich Schwingungen aus, so daß

also irgendein Übertragungsweg, der durch die positive Säule hindurchgeht, durch Geräusche gestört wird. Aus diesem Grunde sollte, wie vorher bereits bemerkt, die Anode in einer Glimmentladungsröhre für die Verwendung in Telefonschaltungen od. dgl. innerhalb des Fa-radayschen Dunkelraumes liegen, um derartige Geräusche zu vermeiden. Wenn aber die Anode in der Nahe des Endes dies Faradayschen Dunkelraumes liegt, so können, wie festgestellt wurde, die Entladungselektronen, die in Richtung auf die Anode beschleunigt werden, eine kinetische Energie erfahren, die zur Auslösung von Sekundärelektronen aus dem Anodenmaterial ausreichend ist. Diese Sekundäreilektronen bilden um die Anode eine Elektronen-Raumladung. Unter diesen Bedingungen wird der Übertragungsweg, etwa in einer Einrichtung nach Fig. 1, durch Geräusche gestört, und die Anoden-Anoden-Impedanz steigt an. Für einen erheblichen Teil des Faradayschen Dunkelraumes ist jedoch die Bildung einer Elektronen-Raumladung um die Anode vernachlässigbar, und die Gerausche im Anoden-Anoden-Übertragungsweg sind gering.

Um bei den der Erfindung entsprechenden Röhren einen möglichst großen Unterschied zwischen der Zünd- und der Brennspannung zwischen Anode und Kathode zu erzielen, sollte die Streckenlänge so groß wie möglich sein. Aus Fig. 11 ergibt sich aber, daß, abgesehen von der GeräusehstÖTung, das Produkt von Gasdruck und Anoden-Kathoden-Streckenlänge unterhalb der Werte liegen sollte, die dem Rand des steilen Anstiegs der dargestellten Kurven und der Bildung einer elektronischen Raumladung in der Nachbarschaft der Anode entsprechen. Bei Verwendung von Neon konnte ein derartig steiler Anstieg der Anoden-Anoden-Impedanz wie bei Helium und Argon nicht festgestellt werden. Andererseits ist es, wie bereits oben ausgeführt wurde, bei mit Neon gefüllten Röhren schwer, einen hinreichenden Unterschied zwischen Zünd- und Brennspannung zu erzielen.

Ein Elektrodenaufbau, der ähnlich dem in Fig. 6 dargestellten ist, erwies sich, wie bei bisherigen Untersuchungen festgestellt werden konnte, für die Zwecke dar Fernsprechvermittlung am geeignetsten, jedoch wurde an Stelle der Zündstreckenanordnung ein geheizter Wolframdraht (wie in Fi^:g. 7 mit 59 bezeichnet) verwendet. Bei dieser Röhre betrug die Anoden-Kathoden-Strecke 2 mm. Es wurde eine Heliumfüllung mit einem Druck von 70 mm Hg verwendet, und es ließen sich dabei eine minimale Zündspannung von 240 V und eine Brennspannung von 115 V erzielen. Der Anoden-Anoden-Reihenwiderstand betrug etwa 80 bis 110 Ohm.

Bei den bisher beschriebenen Einrichtungen wurden als Anoden-Kathoden-Strecken jeweils einfache Dioden verwendet. Für viele Zwecke, insbesondere in der Vermittlungstechnik, ist dies vorzuziehen. Andererseits bestehen jedoch Anwendungsmöglichkeiten, bei welchen eine Auslöseelektrode nützlich sein kann, um die Zündung der Anoden-Kathoden-Strecken einzuleiten. Eine solche Anordnung ist in Fig. 12 dargestellt, in welcher zusätzlich zu der Kathode 2 und den Anoden 3 und 4 eine Auslöseelektrode 60 verwendet wird. Die Zündspannung zwischen der Auslöseelektrode 60 und der Kathode 2 kann geringer oder höher sein als die der Strecken zwischen der Kathode 2 und den Anoden 3 und 4. Im ersteren üblicheren Fall muß der Abstand zwischen Kathode und Anode größer sein als die Länge des Kathoden-Dunkelraumes, so daß die Anoden-Anoden-Impedanz nicht den kleinsten Wert hat. Andererseits kann die Anoden-Kathoden-Strecke auf die Länge reduziert werden, bei welcher ein maximaler Signalstromstoß, der sich bei Abwesenheit einer Entladung der Anoden-Kathoden-Gleichspannung überlagert, gerade hinreichend ist, um eine Zündung zu bewirken. Dieser Wert der Streckenlänge bewirkt dann den geringsten praktisch erzielbaren Wert der Anoden-Anoden-Impedanz. Die Länge der Auslöseelektroden-Kathoden-Strecke kann dann so gewählt werden, daß die Zündspannung der Auslösestrecke einen geeigneten Wert annimmt, der größer sein kann als der der Anoden-Kathoden-Strecken.

Die Elektroden 61 und 62 bilden eine Hilfsentladungsstrecke, die beispielisweise durch eine Ouarzabschirmung 63 derartig abgeschirmt ist, daß nur die statistische Verzögerung der Zündung der Kathoden-Auslöseelektroden-Strecke vermieden wird und auf die anderen elektrischen Eigenarten der Röhre kein Einfluß ausgeübt wird.

Gemäß Fig. 12 wird die Zündstrecke von einer Gleichspannungsquelle 64 über einen Strombegrenzungswiderstand 65 gespeist. Die Anoden 3 und 4 sind durch die Sekundärwicklung des Transformators 66 miteinander verbunden und außerdem einzeln über die Widerstände 67 bzw. 68 und den gemeinsamen Anodenwiderstand 69 mit der Hochspannungsquelle H. T. Die Auslöseelektrodte 60 führt über den Widerstand 70 zur Klemme 71, während von der Klemme 73 über den Blockkondensator 72 eine zusätzliche Verbindung zur Anodenschaltung besteht. Über die Spule 74 hoher Impedanz ist die Kathode 2 mit Masse verbunden. Ein der Klemme 71 zugeführter positiver Impuls bewirkt die Zündung beider Anoden-Kathoden-Strecken und erzeugt auf diese Weise einen sprachfrequenten Übertragungsweg zwischen den Anoden 3 und 4, so daß für irgendeine Schaltung, die an die Primärwicklung des Transformators 66 angeschlossen ist, eine kleine Impedanz besteht.

Die Röhre kann mit Hilfe eines negativen der Klemme 72 zugeführten Impulses gelöscht werden, wodurch dann die Impedanz über die Primärwicklung des Transformators 66 groß wird.

Claims (19)

Patentansprüche:

1. Kaltkathoden-Gasentladungsröhre mit mindestens und vorzugsweise zwei Anoden, dadurch gekennzeichnet, daß die Anoden zueinander und zu der Kathode derart angeordnet sind, daß sich bei zwischen der Kathode und den Anoden bestehender Entladung zwischen den Anoden ein Übertragungsstromweg ausbildet, der vorzugsweise für Signale im Sprachfrequenzbereich eine geringe Impedanz aufweist.

2. Kaltkathoden-Gasentladungsröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Anoden bei bestehender abnormaler Glimmentladung zwischen dem Kathoden-Dunkelraum und dem Faradayschen Dunkelraum in dem Bereich befinden, in welchem sie im wesentlichen nicht von einer Elektronen-Raumladung umgeben werden.

3. Kaltkathoden-Gasentladungsröbre nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt aus Druck der Gasfüllung in der Röhre rund Streckenlänge zwischen Kathode und jeder Anode so bemessen ist, daß es für einen bestimmten Entladungsstrom von der Kathode innerhalb eines Bereiches liegt, für welchen der Widerstand der Strecke zwischen den Anoden etwa den Minimalwert aufweist und sich mit Änderung des Produktes nur wenig ändert gegenüber der Änderung außerhalb dieses Bereiches.

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4. Kaltkathoden-Gasentladungsröhre nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhre eine ebene Kathode und zwei ebene parallel zueinander angeordnete Anoden aufweist.

5. Kaltkathoden-Gasentladungsröhre nach An-Spruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anoden parallel zur Kathode liegen.

6. Kaltkathoden-Gasentladungsröhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anoden rechtwinklig zur Kathode angeordnet sind.

7. Kaltkathoden-Gasentladungsröhre nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhre eine ebene Kathode aufweist und eine Mehrzahl von stabf örmigen Anoden in einer parallel zur Kathode liegenden Ebene.

8. Kaltkathoden-Gasentladungsröhre nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhre eine stabförmige Kathode aufweist, die von zwei zylindrischen mit den Stirnflächen benachbarten Anoden koaxial umgeben ist.

9. Kaltkathoden-Gasentladungsröhre nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhre eine zylindrische Kathode aufweist, die zwei mit den Stirnflächen benachbarte Anodenstäbe konzentrisch umgibt.

lO-Kaltkathoden-Gasentladungsröhrenacheineni der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhre eine zusätzliche Auslöseelektrode aufweist und daß die Entladung zwischen dieser und der Kathode eine Zündung der Entladung zwischen der Kathode und einer Anode bewirkt.

11. Kaltkathoden-Gasentladungsröhre nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündspannung der Kathoden-Auslöseelektroden-Strecke größer ist als der Kathoden-Anoden-Strecken.

12. Kaltkathoden-Gasentladungsröhrenach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Hilfsentladungsstrecke in der Röhre zur Beleuchtung der Kathode, die so angeordnet ist, daß die geladenen Partikel von der Hilfsentladung gegenüber den Anoden-Kathoden-Strecken abgeschirmt sind.

13. Kaltkathoden-Gasentladungsröhre nach Anspruch 1 bis 11, gekennzeichnet durch sonstige Mittel zur Beleuchtung der Kathode, beispielsweise stromdurchflossene Glühdrähte.

14. Kaltkathoden-Gasentladungsröhre nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch Verwendung von Mehrfach-, insbesondere Doppelröhren, bei denen die Einzelsysteme durch Träger aus Isolierstoff getrennt sind.

15. Schaltungsanordnung miteiner Kaltkathoden-Gasentladungsröhre nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Mehrfach-Übertragungsweg in jeden einzelnen Übertragungsweg die Anoden-Anoden-Strecke einer Gasentladungsröhre eingeschaltet ist und daß durch gleichzeitige Zündung aller Röhren strecken gleichzeitig alle einzelnen Übertragungswege geöffnet werden können.

16. Schaltungsanordnung miteiner Kaltkathoden-Gasentladungsröbre nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einleitung der Entladung in der Röhre durch Anlegung eines negativen Spannungsimpulses an die Kathode und/oder eines positiven Spannungsimpulses an eine der Anoden bewirkt wird.

17. Schaltungsanordnungmiteiner Kaltkathoden-Gasentladungsröhre nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einleitung der Entladung in der Röhre bei Verwendung einer mit mindestens einer Anoden-Kathoden-Strecke gekoppelten Kathoden-Auslöseelektroden-Strecke durch Anlegung eines positiven Impulses an die Auslöseelektrode bewirkt wird.

18. Schaltungsanordnung miteiner Kaltkathoden-Gasentladungsröhre nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch einen Gleichrichter, der zwischen der Kathode und der Eingangsklemme für die negativen Impulse derart eingeschaltet ist, daß der Strom von dieser Klemme zur Kathode gesperrt wird.

19. Schaltungsanordnung miteiner Kaltkathoden-Gasentladungsröhre nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromweg zwischen den Anoden durch Anlegung eines positiven Impulses an die Kathode und/oder eines negativen Impulses an eine oder die Anoden unterbrochen werden kann.

In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschriften Nr. 2 579 306, 2 427 533; Zeitschrift Funkschau, 1951, Heft 9, Rö 5l/Blatt 4.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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