DE3019760C2 - Gasentladungs-Schaltröhre mit gekreuzten Feldern - Google Patents

Description

Spulen C, die in der Zeichnung rechts dargestellt ist, oder eine Anordnung von Permanentmagneten M, die in der Zeichnung links dargestellt ist, umgibt die Kathode K und erzeugt ein Magnetfeld F das eine axiale Komponente aufweist, die in dem Raum zwischen Ka-•thode K und Quellengitter Gs zu den Oberflächen der Elektroden im wesentlichen parallel verläuft Leitungen 3 und 4 bilden elektrische Anschlüsse zur Anode A bzw. Kathode K. Elektrische Anschlüsse für die Gitter Gs und Cc werden von den Leitungen 5 bzw. 6 gebildet

Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Anordnungen zur Erzeugung des Magnetfeldes so ausgebildet, daß das Magnetfeld F im idealfall sich nur bis in den Kathoden-Quellengitter-Raum erstreckt, wie dargestellt, und nur wenig oder gar nicht in die übrigen t5 Räume eindringt. Daher ist das Magnetfeld F bei dieser Schaltröhre niemals stark genug, um selbst bei niedriger Anodenspannung in dem Raum zwischen Anode und Steuergitter ein Plasma aufrechtzuerhalten. Dies bedeutet, daß die Anodenspannung wieder angelegt werden kann, ohne das Magnetfeld in dem Kathoden-Quellengitter-Raum abzuschalten. Eine Tastung des Magnetfeldes ist also vermieden, da nur ein festes Magnetfeld benötigt wird.

Bei dieser Schaltröhre besteht demnach der Mechanismus der Anodenleitung nicht langer in der Auslösung einer Gasentladung in einem Raum mit gekreuzten Feldern, die nach dem Eindringen von Plasma aus dem Kathoden-Gitter-Raum in den Anoden-Gitter-Raum ausgelöst wird. Statt dessen bildet das Plasma in dem Kathoden-Gitter-Raum eine effektive Quelle von Elektronen (und Ionen), die mittels der Gitter Cs und G_c gesteuert wird.

Wie in der Zeichnung dargestellt, sind die zylindrischen Gitter Gs und Cc perforiert, um diese Giiier in einem solchen Maße für Elektronen durchlässig zu machen, wie es für eine hohe Verstärkung des dem Gitter zugeführten Treiberstromes erforderlich ist Das Quellengitter kann als perforierte Platte, Drahtgewebe oder andere offene, metallische Netz- oder Stabsstruktur ausgebildet sein. Es kann nun der Anodenstrom mit dem Steuergitter linear gesteuert werden wie bei einer Vakuumröhre bis zum Erreichen eines festen Grenzwertes. Bei hohen Eiektronenströmen tritt eine Begrenzung durch Raumladungen ein. Das Ansammeln von Elektronen in dem Anoden-Steuergitter-Raum zieht neutralisierende Ionen durch das Steuergitter nach, wodurch das Gitter in Plasma eingebettet wird. Die Steuerwirkung des Gitters kann dann verlorengehen. Sobald die Stromzufuhr zur Anode und zum Steuergitter unterbrochen wird, erlischt das Plasma und der Schalter kehrt in seinen ursprünglichen, nichtleitenden Zustand zurück. Während dieses ganzen Zyklus wurde das Magnetfeld nicht verändert. Durch Anlegen einer Spannung an die Anoden- und Kathodenklemmen des Schalters wurde eine Stromleitung in Gegenwart des festen magnetischen Feldes in dem Kathoaen-Quellcngitter-Raum durch die Steuerwirkung erzielt, die das Quellengitter auf das elektrische Feld hat und die das Übertreten von Elektronen aus dem Kathoden-Quellengitter-Plasma in den Steuergitter-Quellengitter-Raum verursacht.

Das Steuergitter ist für die Funktion nicht wesentlich. Wenn es auf Anodenpotential gehalten wird, wird es Vom Elektronenstrorn unmittelbar erreicht, so daß der Schalter den leitenden Zustand annimmt, sobald sich die Plasmaquelle bildet. Das Bilden der Plasmaquel'e erfordert eine endliche Zeit (in der Größenordnung von 0,1 μ5) und, wenn die Arsprechzeit der Schaltungsan-

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40 Ordnung kürzer ist, wird der Stromanstieg durch dtn Schalter begrenzt Indem das Steuergitter negativ gehalten wird, während das Quellenplasma angeregt wird, kann der Beginn der Stromleitung verzögert werden, bis genügend Plasma vorliegt, um den vollen Kreisstrom zu tragen. Das Steuergitter wird dann positiv getaktet und ermöglicht, daß der Einsatz des Anodenstromes sehr viel schneller oder mit programmierter Anstiegszeit erfolgt Die erforderliche Stärke des Magnetfeldes liegt im Bereich der Stärke von Permanentmagneten, die ansieile von Feldspulen verwendet werden können, wie es in der Zeichnung bei M dargestellt ist Es ist erkennbar, daß eine zusätzliche Steuerung einer solchen Schaltröhre dadurch möglich ist, daß der Quellenplasmastrom eingestellt wird, um dadurch die Plasmaemission oder Elektronenausbeute zu verändern, orfer daß zusätzliche Hilfsgitter eingesetzt werden, wie beispielsweise Brems- odtr Schirmgitter, wie sie aus der Technik der Vakuum- oder Gasröhren bekannt si:« j.

Die angegebene Gasentladungs-Scha-iröhre besitzt demnach eine Kaltkathoden-Anordnung, die von einer Gasentladung in gekreuzten Feldern als Plasmsquelle Gebrauch macht und es ermöglicht den Anodenstrom mittels lines Gitters zu steuern. Die Stromverstärkung hängt in üblicher Weise von der Elektronendurchlässigkeit des Gitters und dem effektiven Koeffizienten der Ionenreflexion von Gitter und Kathode ab.

Die Verstärkung besitzt eine Singularität bei einem endlichen Wert der Durchlässigkeit. Jenseits dieses Wertes geht die Steuerw'rkung des Gitters verloren. Eine ständige Steuerwirkung des Gitters kann auch nur unterhalb eines durch das Auftreten einer Raumladung bestimmten Maximalwertes des Anodenstromes aufrechterhalten werden oder für eine Zeit, die kleiner ist als die ionen-Transifzeit Diese Beschränkungen steilen jedoch kein Problem für Kaltkathoden-Einrichtungen dar, in denen große Oberflächen zur Verfügung stehen, noch für Anwendungen, die einen schnellschließenden Schalter benötigen.

Gowohl die Erfindung anhand einer Anordnung beschrieben wurde, die von zylindrischen Elektroden Gebrauch macht, ist die Gestalt der Elektroden nicht von Bedeutung, solange ausreichend große Oberflächen zur Verfügung stehen. In dieser Hinsicht sind auch ebene Elektroden anwendbar. Funktionsfähige Gasentladungsröhren brauchen nur drei Elektroden aufzuweisen. Eine Verbesserung der Steuerung oder weitere Steuermöglichkeiten bietet das Anbringen einer vierten Elektrode. Es ist auch möglich, eine Gasentladungsröhre mit gekreuzten Feluern mit solchen Elektrodenspan nungen zu betreiben. da3 das Quellenplasma auf Anoc"enf/jttntial gehalten wird und Ionen anstatt Elektronen liefert. Allgemein kann das Quellenplasma auf einem Potential gehalten werden, das zwischen Potentialen oberhalb und unterhalb des Anoden- bzw. Kathodenpotentifils liegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Gasentladungs-Schaltröhre mit gekreuzten Feldern mit drei Elektroden, die eine Anode, eine Kathode und eine Hilfselektrode bilden und zwei Entladungsräume, nämlich einen Hauptentladungsraum und einen Zündentladungsraum, begrenzen, von denen der Zündentladungsraum zwischen der Hilfselektrode und einer der anderen Elektroden angeordnet ist und mit dem Hauptentladungsraum über den Durchtritt von Ladungsträgern zulassende öffnungen in der den Zündentladungsraum vom Hauptentladungsraum trennenden Elektrode in Verbindung steht, und mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines Magnetfeldes innerhalb eines von den Elektroden begrenzten Bereichs mit einer zu den Elektroden parallelen Komponente, das im Zusammenwirken mit einem zwischen den Elektroden erzeugten elektrischen Feld dazu geeignet ist, eine Gasentladung aufrechtzuerhalten, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erzeugen des Magnetfeldes so ausgebildet ist. daß das Magnetfeld im wesentlichen auf den Zündentladungsraum beschränkt ist, während im Haupientladungsraum kein Magnetfeld auftritt, durch das ein Plasma aufrechterhalten werden könnte.

2. Gasentladungs-Schaltröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld (F) durch einen Permanentmagneten (M) erzeugt ist.

3. Gasentladungs-Schaltröh e nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Elekfoden zylindrisch ausgebildet und konzentrisch zueinandv angeordnet sind und bei der die Hilfselektrode (Gs) zwischen Anode (A) und Kathode (K) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Hilfselektrode (Gs) und der Anode (A) eine weitere Elektrode in Form eines Steuergitters (Gc) angeordnet und mit dem Steuergitter eine Einrichtung zum Anlegen eines negativen Potentials an das Steuergitter bis zur Ausbildung eines Plasmas im Zündentladungsraum, das eine für den vollen Leitungszustand ausreichende Menge an Ladungsträger zu liefern vermag, und zum pulsartigen Anheben des Steuergitters (Gc) auf ein positives Potential zum Auslösen des Leitungszustandes mittels eines Signals geringer Leistung, elektrisch gekoppelt ist.

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Die Erfindung betrifft eine Gasentladungs-Schaltröhre mit gekreuzten Feldern mit drei Elektroden, die eine Anode, eine Kathode und eine Hilfselektrode bilden und zwei Entladungsräume, nämlich einen Hauptentladungsraum und einen Zündentladungsraum, begrenzen, von denen der Zündentladungsraum zwischen der Hilfselektrode und einer der anderen Elektroden angeordnet ist und mit dem Hauptentladungsraum über den Durchtritt von Ladungsträgern zulassende Öffnungen in der den Zündentladungsraum vom Hauptentladungsraum trennenden Elektrode in Verbindung steht, und mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines Magnetfeldes innerhalb eines von den Elektroden begrenzten Bereichs mit einer zu den Elektroden parallelen Komponente, das im Zusammenwirken mit einem zwischen den Elektroden erzeugten elektrischen Feld dazu geeignet ist, eine Gasentladung aufrechtzuerhalten.

Eine solche Gasentladungs-Schaltröhre, bei der die Elektroden zylindrisch ausgebildet und konzentrisch zueinander .angeordnet sind und bei der die Hilfselektrode zwischen'Anode und Kathode angeordnet ist, ist aus der US-PS 40 34 260 bekannt Die Hilfselektrode bildet ein Gitter und kann getastet werden, um die Röhre elektronisch in einen leitenden Zustand zu bringen. Dabei muß das Magnetfeld sowohl in dem Gitter-Kathoden-Raum als auch dem Anoden-Gitter-Raum vorhanden sein, um ein einwandfreies Triggern und eine einwandfreie Stromleitung zu gewährleisten. Ein Abschalten erfolgt durch Unterdrücken oder Abschalten des Magnetfeldes. Bei dieser Anordnung kann das Magnetfeld keinen festen Wert haben, sondern muß für wiederholtes Ein- und Abschalten einen Zyklus durchlaufen können.

Weiterhin ist aus der DE-OS 27 20 363 eine Gasentladungs-Schaltröhre bekannt, bei der eine Unterbrechung der Stromleitung ohne Unterdrücken oder Abschalten des Magnetfeldes möglich ist Es handelt sich um eine Gasentladungs-Schaltröhre ohne Hilfselektrode, also mit einem einzigen, von Kathode und Anode begrenzten Entladungsraum. Die Stromunterbrechung wird durch eine so rasche Erhöhung des durch die Röhre fließenden Stromes erzielt, das die Bedingungen für die Ausbildung einer Glimmentladung nicht mehr erfüüt sind und dadurch die Glimmentladung erlischt Die bekannte Gasentladungs-Schaltröhre ist daher im wesentlichen als Unterbrecherelement für Stromleitungen geeignet, welches bei übermäßigem Stromanstieg, wie er für einen Kurzschlußfall charakteristisch ist, automatisch eine Unterbrechung der Leitung bewirkt, aber nicht als Schaltelement, das das willentliche Ein- und Ausschalten starker Ströme gestattet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gaseniiadungs-Schahröhre der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sie mit konstantem Magnetfeld betrieben werden kann und trotzdem das Schalten von starken Strömen mit sehr kurzen Verzögerung jeiten gestattet.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Einrichtung zum Erzeugen des Magnetfeldes so ausgebildet ist, daß das Magnetfeld im wesentlichen auf den Zündentladungsraum beschränkt ist, während im Hauptentladungsraum kein Magnetfeld auftritt, durch das ein Plasma aufrechterhalten werden könnte.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben und erläutert. Die Zeichnung zeigt einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform einer Schaltröhre.

Die in der Zeichnung dargestellte Schaltröhre S umfaßt vier im wesentlichen konzentrische, zylindrische Elektroden, nämlich eine innere Anode A. ein Quellengitter Gs als Hilfselektrode, ein Steuergitter Grals weitere Elektrode und eine äußere Kathode K. Unter vermindertem Druck stehendes Gas füllt alle Räume zwischen den Elektroden aus. Die Elektrodenanordnung könnte in einem gasgefüllten Behälter oder Kolben angeordnet sein. Bei der dargestellten Ausführungsform ist dagegen die Kathode K als Kolben ausgebildet, der durch das Ventil V evakuiert sowie mit Gas gefüllt werden kann. Helium mit einem Druck von etwa 50 MiIIitorr hat sich als geeignetes, gasförmiges Milieu für die Glimmentladung erwiesen. Isolatoren 1,2 und 2a tragen die Anode A und die Gitter Gs und Gcin der dargestellten, konzentrischen Zuordnung. Eine Anordnung von