DE1539740A1

DE1539740A1 - Photowiderstand

Info

Publication number: DE1539740A1
Application number: DE19661539740
Authority: DE
Inventors: Michel Nicolas
Original assignee: CIE IND FRANCAISE TUBES ELECT
Current assignee: CIE IND FRANCAISE TUBES ELECT
Priority date: 1965-02-05
Filing date: 1966-02-04
Publication date: 1969-10-02
Also published as: GB1128593A; FR1431897A; NL6601440A; US3414730A

Description

DR.

DR- BERG DIPL.-ING. STAPF PATEKTANWAt¹T)B 1539740

β MÜNCHEN 2. HILBLBSTJtASSE

Or. Eule Dr. Berg Dipl.-Ing. Stapf 8 München 2, HilbleitraBe 20

Dr. Expl.

Z.id»o

VI/Gd

Dotum

679

1S23

Anwaltgakten^Nr. 13 679

E INDUSTRIELLE PHANGAISL· DES TUBES BLEÜTIONIQUES, SociStS Anonyme 50 rue J.P. Timbaud, GOURBEVOIE (Se ine), Frankre i ch.

* Photowiderstand "

Die Erfindung betrifft einen Hiotowiderstand, insbesondere für die Verwendung in einem Verstärkertoceis für die Kompression des Klangvolumens.

Solche Photowiderstände, die aus einer gegenüber einer variablen Lichtquelle angeordneten photoelektrischen Zelle bestehen, wobei die Gesamtanordnung von einem vollständig abgedunkelten Gehäuse umschlossen ist, sind bereits bekannt. Dabei entspricht jeder Schwankung der Lichtintensität der Lichtquelle eine proportionale Schwankung des photoelektrischen Stromes bzw. einer Photoleiterzelle der Leitfähigkeit dieser Zelle. Die Lichtquelle kann von beliebiger Art sein, vorausgesetzt, dass dar Rmissionsbereich zumindest teilweise dem Empfindlichkeitsbereieh der Zelle entspricht; von den verwendbaren Lichtquellen lassen sich Glühlampen, Entladungslampen, slektrolumineszente Lampen uawranführen.

Bei den Schaltungen der oben angeführten Art soll jedoch der Bereich der Schwankungen der Leitfähigkeit der photoelektrischen Zelle so breit als möglich sein. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, die Schwankungscharakteristik der Zelle zu verändern, damit diese nicht mehr direkt proportional derjenigen der Lichtquelle ist, sondern sehr viel schneller als diese reagiert; es ist daher Gegenstand dieser Erfindung, Schwankungen der Charakteristik der photoelektrischen Zelle zu ermöglichen, die mehr als das hundertfache derjenigen der Lichtquelle betragen können.

Zu diesem Zweck sind verschiedene Verfahren verwendbar,die

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8 N AL 4?iSi-i^JeCTED

von einer ausgewogenen Veränderung der Ausmasse der Übertragung und/oder dor Abstrahlung des Lichtes von der Lichtquelle nach der photoelektrischen Zelle Gebrauch machen.

Nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung kann die Lichtubertraguiig in Punktion der Intensität der Lichtquelle durch die Verwendung von progressiv oder nicht progressiv wirkenden Schirmen, Dämpfern usw. variabel gestaltet werden.

Nach einer anderen Ausführungsform kann die Lichtemission in Funktion der von der jeweiligen Fläche abhängigen Intensität variabel sein, beispielsweise durch eine vorbestimmte Formgebung der Kathode in einer Entladungslampe.

Schliesslich können die bisher angeführten Vorkehrungen kombiniert werden, woraus sich offensichtlich eine Verstärkung der Leitfähigkeitsschwankungen gegenüber dem die Lichtquelle speisenden Signal ergibt.

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Photowiderstand mit einer durch eine Entladungslampe bestrahlten photoelektrischen Zelle, z.B. eines Photoleiters. (Bei einer derartigen Entladungslampe ist es bekannt, dass bei Überschreiten einer gewissen Spannung, der sogenannten Zündspannung, ein Strom den Raum zwischen Anode und Kathode

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der Entladungslampe und einen in Reihe geschalteten Schutzwiderstand durchf'liesst, wobei durch diesen Strom ein ; Licht erzeugt wird, das sogenannte "Kathodenglimmlicht", welches sich als leuchtender Belag auf der Kathode dar-' stellt. Bei Erhöhung der Spannung zwischen Anode und Kathode der Entladungslampe verstärkt sich der Strom über die Lampe und der leuchtende Belag erfährt proportional zu W diesem Strom eine Vergrösserung seiner Fläche, bis die gesamte Oberfläche der Kathode davon überzogen ist J

In einem Photowiderstand der angeführten Art mit Entladungslampe wird zur Erzeugung der Schwankungen des photoelektrischen Stroms, bzw. bei einer Photoleiterzelle des Widerstandes der Zelle, die Veränderung des von dem Kathodenglimmlicht überzogenen Flächenanteils der Kathode verwendet. Die Helle der Lichtquelle, und dementsprechend der Wert des photoelektrischen Stroms, können sich nur in einem begrenzten Bereich verändern, wobei die untere Grenze des Änderungsbereiches dem Mindeststrom für eine stabile Entladung der Lampe entspricht, während die obere Grenze dieses Bereiches dem Maximalstrom bei völligem Überzug der Kathode durch das Glimmlicht und bei konstanter Helle entspricht .

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist der Photowiderstand zumindest eine photoelektrische Zelle auf,

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die gegenüber einer variablen Lichtquelle in Form einer Entladungslampe,zwischen deren Anode und Kathode eine variable Spannung gelegt ist, angeordnet ist, und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Entladungslampe eine vorzugsweise fadenförmige und parallel der Längsachse der Lampe angeordnete Kathode aufweist, und dass ein Schirm, dessen Durchlässigkeit über seine Länge konstant oder variabel sein kann, zwischen der Lichtquelle und der photoelektrischen Zelle angeordnet ist. Da sich ein solcher Schirm über eine gewisse Länge der Kathode erstreckt, wobei er das der Anode zugekehrte Ende der Kathode umschliesst, verhindert oder dämpft er somit die direkte übertragung des durch das der Anode zugekehrte Ende der Kathode emittierenden Lichtstromes auf die photoelektrische Zelle, sodass zu Beginn der Entladung die photoelektrische Zelle von einem diffusen Licht angestrahlt wird.

Durch diese Zwischenschaltung des Schirmes wird durch die Wirkung der Emission diffusen Lichtes bei schwachen Entladungsströmen eine Verbreiterung des Bereiches der Lichtintensität der Lampe und damit dementsprechend ein breiterer

Schwankungsbereich des photoelektrischen Stroms bewirkt» Dieser durchscheinende Schirm wird unter Berücksichtigung der grössten und der kleinsten Ausdehnung des Kathodenglimmlichtes zwischen der Lampe und der Zelle eingepasst.

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Der Schirm kann aus jedem das Licht teilweise odor vollständig zurückhaltenden und die Temperatur der Vorrichtung ertragenden Material bestehen : Bemalung, durchscheinendes Papier, plastischer Kunststoff etc. und selbstverständlich auch Metall.

Der Photowiderstand nach der Erfindung bietet den Vorteil, dass er mit Hilfe herkömmlicher und existierender i'eile ·■ zusammengestellt werden kann.

Im Folgenden werden an Hand von nicht als Einschränkung dienender Beispiele und unter Bezugnahme auf die beigegebenen Zeichnungen einige Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. In den Zeichnungen ist :

Fig. 1 der schematische Längsschnitt eines Photowiderst andes nach der Erfindung, für Gleichstromspeisung.

Fig. 2 ist der schematische Längsschnitt eines geänderten Ausführungsbeispieles.

Fig. 3 ist der Längsschnitt eines durch Wechselstrom gespeisten Photowiderstandes und

Fig.4, 5 und 6 sind schematische Frontansichten von i'hotoleiterzellen, die in dem Photowiderstand nach der Erfindung verwendet werden können.

Der in Fig» 1 dargestellte Photowiderstand enthält innerhalb 909840/0700 ^ -y-

eines vollständig dunklen Gehäuses 1 eine durch die Leiter 5 und 4- an einen Stromkreis angeschlossene Photoleiterzelle 2. Der Photoleiterzelle 2 gegenüber und dieser parallel befindet sich eine Weon-Entladungslampe 5» die in dem beschriebenen Beispiel Spindelform besitzt. Diese Lampe enthält zwei fadenförmige Elektroden, eine Anode 6 und eine Kathode 7* die durch die Leiter 9 und 10 an einem jine veränderliche Eingangsspannung liefernden Gleichstromkreis angeschlossen sind. Die Anode 6 und die Kathode 7 | sind auf der Längsachse der Lampe 5 ausgerichtet. Um den rohrförmigen Lampenkörper herum ist ein durchscheinender Schirm 8 angeordnet, der in dem beschriebenen Beispiel aus einer zylindrischen Manschette besteht.

Die Arbeitsweise des PhotowiderStandes ist die Folgende : Unterhalb einer gewissen Spannungsschwelle zwischen der Anode 6 und der Kathode 7 durchfliesst die Lampe kein Strom. Sobald die Zündspannung erreicht ist, durchfliesst der Strom den Raum zwischen der Anode 6 und der Kathode 7· Dieser Strom wird durch einen (nicht dargestellten) mit der Lampe in R«ihe geschalteten Schutzwiderstand von geeignetem Widerstandswert begrenzt. Der Stromfluss über die Lampe 5 bewirkt die Entstehung des Kathodenglimmlichtes, welches bei dem schwächsten noch eine stabile Entladung erzeugenden Strom auf die Zone G. beschränkt ist, die sich von dem unteren, der Anode 6 zugewandten Ende der Kathode 7

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bis zu dem auf Fig. 1 als L bezeichneten Punkt erstreckt. Dieses Glimmlicht G^ erreicht die Zelle durch die Wirkung des Schirmes 8 nicht direkt, sondern erzeugt ein diffuses Licht, das den Widerstand der Fhotoleiterzelle 2 auf ein Mikro-Ohm senkt, wenn dieser Widerstand bei Dunkelheit beispielsweise zehn Mikro-Qhm betrug. Die Länge der Glimm- ^ lichtzone G. bis zu dem Eunkt L. kann dabei etwa 3 mm betragen. In diesem Falle betrüge der Widerstand der Zelle 1 Mikro-Ohm bei einem Strom von 0.1 mA.

Wenn nun die Spannung zwischen der Anode 6 und der Kathode erhöht wird, verstärkt sich auch der Strom, und damit auch der Bereich des Kathodenglimmlichtes. Bei einem bestimmten Wert des Entladungsstromes erstreckt sich das Glimmlicht über einen Bereich, bei dem das sich bewegende Ende beginnt, die Oberkante 2a der Zelle 2 direkt zu beleuchten. Der ) Bereich des Kathodenglimmlichtes in diesem Falle ist mit Go bezeichnet. Bei der Ausdehnung des Glimmlichts von G. nach <*2 verstärkt sich die Intensität des diffusen Lichtes entsprechend und bewirkt ein proportionales Abnehmen des Widerstandes der Zelle 2.

Wenn der Strom weiter zunimmt, bis das Kathodenglimmlichij seine grösste zulässige Ausdehnung G, erreicht, d„h. bis zum Punkt L am oberen Ende der Kathode reicht, nimmt der Widerstand der Zelle 2 weiterhin ab. Bei dem Grenzfall,

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•bei dem das Glimmlicht sich bis zum Funkt L., erstreckt, beleuchtet dieser Punkt die untere Kante 2b der Photoleiterzelle 2. In diesem Falle beträgt der Widerstand der Zelle 20 Kiloohm und der Entladungsstrom beträgt 1 mA.

Daraus ist zu ersehen, dass das Verhältnis des Widerstandes für die kleinste G^ und die grösste G-, Ausdehnung des

Kathodenglimmlichtes ^ ^_Q beträgt, während

das Verhältnis der Ströme Λ__ ₌ <\q beträgt. ä

0.1

Die Zelle 2 muss derart angeordnet sein, dass ihre Oberkante 2a auf keinen Fall von dem Glimmlicht G^ direkt bestrichen wird, sodass die anfängliche Beleuchtung der Zelle 2 immer durch diffuses Licht geschieht.

Andererseits muss der der grössten Ausdehnung des Glimmlichtes entsprechende Punkt L,- mit der Oberkante 8a des Schirmes 8 und mit der Unterkante 2b der Zelle 2 in einer Linie liegen. i

Der unter Bezugnahme auf Ifig. 1 beschriebene Photowiderstand kann dahingehend abgeändert werden, dass einer gleichen Veränderung des Entladungsstromes eine noch grössere Änderung des Widerstandes der Zelle 2 entspricht. Zu diesem Zweck kann der Ehotowiderstand entsprechend der Darstellung nach Fig. 2 ausgeführt werden. Aus dieser Fig. ist ersichtlich, dass die Länge der Kathode 7 auf Kosten

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- ίο -

derjenigen der Anode 6, die bei der Vorrichtung keinerlei optische Wirkung hat, vergrössert ist. Damit wird eine verstärkte Empfindlichkeit erzielt.

Der Photowiderstand nach der Erfindung kann auch mit einer durch Wechselstrom gespeisten Entladungslampe verwendet werden, wie in Fig. 3 dargestellt. Dabei ist das Verhältnis der Widerstandsgrenzwerte der Zelle 2 für eine gegebene Änderung des Entladungsstromes etwa doppelt so gross wie der für eine "gleiche Veränderung des Stromes bei Gleichstrom angegebene Wert. Das beruht darauf, dass die beiden Elektroden 6 und 7 abwechselnd als Kathode wirken und daher beide abwechselnd mit dem Glimmlicht überzogen sind, welches die gegenüber der querliegenden Symmetrieebene x-y der Entladungslampe 5 angeordnete Zelle 2 beleuchtet. Die Oberkante 2a der Zelle 2 liegt also mit der Unterkante 8b des Schirmes 8 und dem Punkt L.,. , bis zu dem sich das Glimm- ψ licht auf der Elektrode 6 maximal ausdehnt, in einer Linie, während die Unterkante 2b mit der Qberiante 8a des Schirmes 8 und dem Eunkt 1%,ρ, bis zu dem sich das Glimmlicht auf der Elektrode 7 maximal ausdehnt, in einer Linie liegt. Ln diesem Falle wird der Widerstand der Zelle, soweit es deren Trägheit zulässt, auf eine Frequenz moduliert, die doppelt so hoch ist, als die des die Lampe speisenden Stromes.

Die Form der lichtempflindlichen Oberfläche der Zelle 2

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kann so gewählt werden, dass die durch die wachsende Entfernung zwischen dem oberen Bereich des Glimmlichtes und der unteren Zone der Zelle 2 bewirkte Abschwächung der Verstärkung zumindest teilweise ausgeglichen wird. Zu diesem Zweck kann die Zelle entsprechend der Fig. 4- ausgeführt werden, in welcher die lichtempfindliche Fläche 2c eine von oben nach unten zunehmende Breite besitzt, wodurch die Breite der beleuchteten lichtempfindlichen Fläche zunimmt, je weiter sich das Kathodenglimmlicht von der Zelle entfernt. Bei einer derartigen Anordnung wurde im Versuch festgestellt, dass das Verhältnis zwischen dem grössten und dem kleinsten Widerstand der Zelle 2 1 500 erreichen kann, bei einem Verhältnis der Entladungsströme von 10.

Der Grad der Widerstandsänderung kann durch Änderung der Form der Elektroden und ihres Abstandes je nach den Bedürfnissen des Betriebes verändert werden. Bei der in Fig.5 dargestellten Zelle ändert sich der Abstand der Elektroden von einem Ende der Zelle zum anderen. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 hat die lichtempfindliche Oberfläche in Längsrichtung eine veränderliche Breite, mit einer Schwelle oder Stufe, an der sich die Breite plötzlich ändert.

Im übrigen ist es selbstverständlich, dass das hier unter Bezugnahme auf die beigegebenen Zeichnungen beschriebene

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Ausführungsbeispiel allein der Erläuterung dient und keine Begrenzung beinhaltet, und dass zahlreiche Änderungen daran vorgenommen werden können, ohne damit die Breite der Erfindung zu verlassen.

So kann insbesondere auch eine Entladungslampe von anderer als Spindelform verwendet werden, solange die Kathode einer solchen Lampe eine genügende Länge zur Ausbreitung des Kathodenglimmlichtes besitzt.

W Der Ehotowiderstand nach der Erfindung kann auch mehrere um die Entladungslampe herum angeordnete photoelektrische Zellen enthalten, die, da sie durch die gleiche veränderliche Lichtquelle beleuchtet werden, parallel arbeiten. Ein in dieser Art ausgeführter Photowiderstand besitzt damit einen Eingangskreis und mehrere unabhängige Ausgangskreise, die entweder gleiche Charakteristiken haben (wenn es sich um identische Photoleiterzellen handelt), oder je nach Ausführung und Anordnung der Zellen der einzelnen Kreise auch verschiedene.

Es ist selbstverständlich, dass die Einzelteile des Photowider Standes nach der Erfindung in ihrer Ausführung von den hier beschriebenen verschieden sein können, ohne dass damit die Breite der Erfindung verlassen wird.

Patentansprüche :

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Claims

■ ■ ~ 13 - __ _ Patentansprüche :

1. Photowiderstand mit einer photoelektrischen Zelle gegenüber einer aus einer Entladungslampe, zwischen deren Anode und Kathode eine veränderliche Spannung gelegt ist, bestehenden variablen Lichtquelle, dadurch gekennzeichnet, dass die Entladungslampe (5) eine vorzugsweise fadenförmige und parallel der Längsachse der Lampe liegende Kathode (7) aufweist und ein Schirm (8) von gleichförmiger

oder veränderlicher Durchlässigkeit zwischen der Licht- " quelle (5) und der Zelle (2) angeordnet ist, wobei dieser Schirm sich über eine gewisse Länge erstreckt und das der Anode (6) zugekehrte Ende der Kathode umhüllt, um eine direkte Übertragung des durch das der Anode zugekehrte Ende der Kathode emittierten Lichtstromes auf die photoelektrische Zelle zu verhindern, sodass die photoelektrische Zelle bei Beginn der Entladung durch diffuses Licht beleuchtet wird.

2. Photowiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass der Schirm (8) von gleichförmiger oder veränderlicher Durchlässigkeit über eine bestimmte Länge der die Lichtquelle darstellenden Kathode (7) der Entladungslampe zwischen die Lichtquelle (5) und die photoelektrische Zelle (2) eingesetzt ist.

3. Photowiderstand-nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass der Schirm (8) aus jedem geeigneten, das Licht voll-909840/0700

ständig oder teilweise absorbierenden und mit der nahe daran befindlichen Lampe verträglichen Material besteht.

4. Photowiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die photoelektrische Zelle derart angeordnet ist, dass sie nur dann vollständig beleuchtet, wenn das Kathodenglimmlicht auf der Kathode (7) seine grösste Ausdehnung erreicht hat.

5. Photowiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathode (7) und die Anode (b), wenn diese Fadenform aufweisen, von im wesentlichen gleicher Länge sind.

6. Photowiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathode (7) grössere Länge aufweist als die Anode (6).

7. Photowiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die photoelektrische Zelle eine Photoleiterzelle ist.

8. Photowiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Speisung der Entladungslampe durch Wechselstrom die beiden Elektroden (6, 7) symmetrisch zu einer Ebene Xr-y entlang einer Achse liegen und der Schirm (8) und die photoelektrische Zelle (2) jeweils symmetrisch zu dieser Ebene liegen.

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9. Hiotowiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtempfindliche Oberfläche (26) der Photoleiterzelle (2) eine Breite oder Querabmessung aufweist, die sich entlang der Längsrichtung, auf der sich bei der Zunahme des Entladungsströmes der durch das Kathodenglimmlicht beleuchtete Bereich ausbreitet, verändert.

10, Hiotowiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ™ dass der Abstand der Elektroden der Photoleiterzelle (2) sich entlang der Längsrichtung, auf der sich der durch das Kathodenglimmlicht beleuchtete Bereich ausbreitet, verändert. ,

11. 1-hotowiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtemission in Funktion der Kenngrösse der· Intensität variabel gehalten wird, z.B. durch geeignete Formgebung der Kathode der Entladungslampe.

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