DE345276C

DE345276C - Gas- oder Dampfentladungsroehre mit negativer Charakteristik

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Publication number: DE345276C
Application number: DE1919345276D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1919-11-30
Filing date: 1919-11-30
Publication date: 1921-12-08

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 8. DEZEMßER 1921

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

\\ - M 345276 - \ \ KLASSE 21g GRUPPE

Johannes Nienhold in Berlin.

Bekannt sind elektrische Gasentladungsrelais zur Kopplung zweier Stromkreise, bei denen das Entladungsgefäß eine Alkalimetallkathode in Edelgas enthält. Diese Verstärker bestehen stets aus zwei miteinander gekoppelten Kreisen, von denen in dem einen der zu verstärkende Strom fließt, in dem anderen der verstärkte Strom. Mit einem derartigen Relais ist es nicht ohne weiteres möglich., in ίο einer Telephonleitung, auf der zwei Teilnehmer gegeneinander, d. h. korrespondierend^ sprechen, die Ströme beider Teilnehmer zu verstärken. Es mußten hierzu komplizierte Gegensprecheinrichtungeni mit -den bekannten Differentialtransformatoren usw. konstruiert werden. Zur Schwingungserzeugung mit einem solchen Relais hatte man) ferner stets die Rückkopplung der beiden Kreise nötig, die ei» schnelles Ändern der Wellenlänge ergo schwerte, weil der nötige Rückkopplungsgrad mit der Wellenlänge variierte.

Diese Schwierigkeiten sind bei der Edelgasröhre nach¹ Patent 309139 nicht mehr vorhanden, . da bei dieser die "Verstärkung in einem Kreis erreicht wird, in dem gleichzeitig der zu verstärkende und der verstärkte Strom fließt. Diese Röhre besitzt eine negative Charakteristik, d. h. von einiem bestimmten Punkt an entspricht einem! Anstieg der aufgedrückten Spannung ein Stromabfall.

Die· Erfindung betrifft eine Gas- oder Dampfröhre, welche ebenfalls eine negative Charakteristik besitzt, jedoch außerdem fähig ist, große Energien sowohl als Senderöhre wie auch als Verstärkerröhre auszulösen. Die Röhre besitzt gemäß der Erfindung eine durchbrochene Anode, die zwischen zwei Kathoden angeordnet -ist, und wird so eingeschaltet, daß in dem Raum zwischen der einen Kathode und der Anode eine Glimmlicht- oder Glimmbogenentladung entsteht, während zwischen der anderen Kathode (Antikathode) und der Anode ein Gegenfeld erzeugt wird. Aus dem ersteren Raum treten dabei negative Ionen durch die Anode in den anderen Raum über und lösen in der hier befindlichen Gas- oder Dampfmasse Sekundärelektroneni durch Stoß aus. Die Gegenfeldbatterie muß dabei in einem Spannungsbereich einreguliert werden, in dem die Anzahl der ausgelösten Elektronen desto größer ist, je kleiner das Gegenfeld ist. In diesem Raum tritt bei genügendem Elektrodenabstand' eine sekundäre Lichtentwicklung auf.

Die Erfindung betrifft weiter die Anordnung einer vierten Elektrode als Beschleunigungsgitter und endlich, insbesondere für Anwendung· hoher Spannungen, die Anordnung der beiden mittleren Elektroden in einem engen Abstand zueinander derart, daß zwischen diesen Elektroden keine leuchtende Entladung auftritt.

Abb. ι der Zeichnung stellt eine Röhre mit einer Kathode if, einer Siebanode G_A und, einer Antikathode P dar. Die Röhre ist beispielsweise mit Neon von 0,2 mm Druck ge-

füllt, und! die Kathode besteht aus Kalium, die beiden anderen Elektroden G_A, P aus Eisen. In dem Raum K-G _A wird durch die Batterie B₁ eine Glimmlichtentladung aufrechterhalten, wobei ein Regulierung^widerstand W benutzt wird. Aus dem Raum K-G_A dringen negative Ionen und Elektronen, wie angedeutet, durch die Anode G_A in den Raum G_A-P mit einer Geschwindigkeit, die annähernd der Ionisierungsspaininung des betreffenden Gases, hier also maximal 16 Volt bei Neon, entspricht. Durch' den Teil B₂ der Batterie wird in dem Raum P-G_A ein Gegenfeld hervorgerufen, welches "bremsend auf die Ionen wirkt. Letztere lösen durch Stoß in der Gasmasse dieses Raumes sekundäre Elektronen aus, und zwar um so mehr, je kleiner das Gegenfeld ist, d. h. der Strom von G_A nach P ist um so stärker, je kleiner die Spannung ist, die jeweils an der Strecke P-G_A liegt. Diese Spannung setzt sich zusammen aus der Spannung der Gegenfeldbatterie Bi und den an den Klemmen F durch die Außenleitung herangeführten Spannungen. Der Gasraum P-G_A stellt dabei einen an den Klemmen F liegenden negativen Widerstand dar, der z. B. in den Gegenkreis zweier Fernsprechstationen mit Mikrophon M und Telephon T eingeschaltet ist und als Verstärker wirkt. Zweckmäßig ist der positive Widerstand des Außenkreises nach dem von W. Kaufmann und Barkhausen entwickelten Formeln gleich dem negativen Widerstand der Röhre zu machen, um das Maximum der Verstärkung zu erzielen. '

Die in Abb. 2 dargestellte Röhre besitzt im 1 ganzen vier Elektroden, und zwar ist zwischen ; Siebanode G^ und Antikathode P ein Beschleunigungsgitter G_B angeordnet. Durch die Batterie S₁ wird wiederum in dem Raum i IC-G_A eine ständige Entladung unterhalten, und es treten negative Ionen und Elektronen durch die Anode G_A hindurch. Sie treffen auf das Gitter G_B und werden durch dieses, ; das in geeigneter nicht zu großer Entfernung ; angeordnet ist, beschleunigt. Die Entfernung der beidem Gitter darf nur so groß sein, daß ; keine Stoßionisation zwischen ihnen stattfindet, da sonst die aus Gß heraustretenden So Ionen nur wieder maximal die Geschwindigkeit der Ionisierungsspannung haben wür- ; den. Die Entfernung ist zweckmäßig nicht größer, als die freie Weglänge der Moleküle 1 des die Röhre füllenden Gases oder Dampfes zu machen bzw. im Fall eines Gas- oder ^; Dampfgemisches nicht größer als die freie : Weglänge der Moleküle desjenigen Gases ■ bzw. Dampfes, dessen: freie molekulare Weg- J länge am kleinsten ist. Durch diese Anord- j nung des Beschleunigungsgitters läßt sich j beispielsweise in Neon eine Geschwindigkeit '.

ί der Ionen von 100 bis 200 Volt ohne Schwie- ' rigkeit erzeugen. Infolgedessen kann ein stärkeres Gegenfeld angewendet werden, wo- ^: durch der Wirkungsbereich des negativen Widerstandes vergrößert wird. Die Beschleunigungsspannung wird von der Batterie B₂, die Gegenfeldspannunig von der Bat- ; terieB₃ entnommen.
• Zwischen den Klemmen F liegt auch hier

der negative Widerstand, den die Röhre dar-, stellt. Der AuJßenkreis besteht hier aus einem I Schwingungskreis, d. i. einer Spule L und einem Kondensator C₁ und ist induktiv mit einer Antenne A gekoppelt, die bei E geerdet ist und einen regulierbaren Kondensator C_A nebst der Kopplungsspule L_A enthält. Die j Röhre dient hier als Hochfrequenzgenerator' : und wird durch eine Taste ί eingeschaltet. j Die negative Charakteristik der Röhre be-. dingt eine Verstärkung der beim Niedef- ! drücken der Taste eingeleiteten schwachen j Schwingungen, die nunmehr als kontinuierliche ungedämpfte Schwingunigen von erheblicher. Energie auf die Antenne übertragen j werden. Der Blockkondensator BC überi brückt dabei den Widerstand der Batterie B₃ i für die schnellen Schwingungen. Die Größen L und C sind so zu bemessen, daß sie den Schwimgungsgleichungen. von Kaufmann ; und Herweg genügen, d. to. der Ouo-

tient -pr muß größer sein als das Produkt aus

dem negativen Widerstand der Röhre und dem positiven Widerstand des Schwingungskreises (Annalen der Physik 1900 S. 178 und Physikalische Zeitschrift 1912 S. 634).

Abb. 3 zeigt die negative Charakteristik einer Röhre nach Abb. 2. Die Schaulinie stellt den Verlauf des die Antikathode verlassenden Stromes in Abhängigkeit von den an die Strecke P-G_n durch Variieren der Batterie B₃ angelegten Spannungen dar. Die Schaulinie läßt erkennen, daß im Spannungsbereich zwischen 28 und 73 Volt der durch die Röhre fließende Strom mit steigender Spannung sinkt bzw. sein negativer Wert steigt. In diesem Bereich ist die Röhre erfindungsgemäß brauchbar. Die Neigung des betreffenden Schaulinienteiles gegen die Abzissenachse OX ist ein Maß für den inneren Widerstand der Röhre, der in der erwähnten Beziehung zum Außenkreiswiderstand! bzw.

— beim Sender — zum Quotienten -ψ· des Schwingungskreises stehen muß. Die Höhenlage der Abszissenachse im Diagramm hängt von den Abmessunigen der Röhre ab. Beispielsweise zeigt Abb. 4 eine Schaulinie, die mehrere Male von der Abszissenachse geschnitten wird.
Beim Gebrauch der Röhre als Verstärker

(Abb. ι) kommt die negative Charakteristik der Rohre dadurch zum Ausdruck, daß den im Außenkreis durch das Mikrophon hervorgerufenen Stromverstärkungen daselbst zwar Spanniungserhöhungen, folglich aber an der Röhre sinkende Klemmenspannungen entsprechen, die indessen im Bereich des Teiles n-n der Schaulinie verstärkte Ströme durch die Röhre und damit durch den Außenkreis auslösen.

Zu erwähnen ist, daß im Falle der Abb. ι der Außenkreis anstatt galvanisch auch induktiv mittels Übertrager zwischen den Klemmen F der Röhre ang*eschlossen werden kann. Es ist nicht nötig, jede Station mit einer solchen Röhre auszurüsten, vielmehr genügt eine Röhre, wie die Abbildung zeigt, für die ganze Verkehrsverbindung, da sie in beiden Richtungen anspricht und wirksam ist.

Abb. 5 bis 7 zeigen einige bauliche Ausführungsformen der Röhre. Die mit Abb. 1 ' und 2 identischen Teile sind mit den gleichen Buchstaben wie dort bezeichnet, so daß eine weitere Erläuterung· entbehrlich ist. Bei der Röhre nach Abb. 5 ist eine Neonfüllung von 0,2 mm Druck, eine Kathode K aus Kalium, eine Antikathode, z. B. aus Eisen, eine Gitteranode G_A und ein Beschleunigungsgitter Gg aus Eisen, Wolfram, Molybdän u. dgl. schwer schmelzbarem und wenig zerstäubendem Material angenommen. Die Entladung zwischen K und G^ hat die Form des Glimmlichts. In Abb. 6 ist eine Neonfüllung von 0,1 mm Druck, eine Kathode K aus 90 Volumprozenten Quecksilber und 10 Volumprozenten einer Kalium-Natrium-Verbindung, die im Molekulargewichtsverhältnis zusammengesetzt ist, ferner eine Antikathode P aus Eisen) und zwei Gitter G_A und Gß aus demselben Material wie bei Abb. 5 gedacht. Hier tritt eine Glimmbogenentladung zwischen K und G_A auf, die an K einen weißglühenden Ansatzpunkt, an G_A ein Glimmlicht zeigt. Es ist eine besondere Zündanode Z_A vorgesehen, und die Elektroden P, G_A, G_B sind in einem seitlichen Ansatz der Röhre angeordnet, um für die Glimmbogenentladung einen . Dampfkondensationsraum zu haben. Die ! Kathode K ist von einem Schutzzylinder aus ; Porzellan oder. Quarz umgeben, um den Glimmbogenansatzpunkt von der empfindlichen Röhrenwand fernzuhalten. Die Elek- j

. trodenP, G_A, G_B befinden sich in Glaszylindern, um einen Kurzschluß durch herabrollende Quecksilbertropfen zu vermeiden und _:

möglichst überhaupt die Kondensation auf ; die luftgekühlte Außenwandung· zu be- ,

schränken. J

Abb. 7 stellt eine Röhre mit Edelgasfül- ι lung dar, bei der Kathode K und Antikathode P beide jaus elektropositiver Sub- :

stanz (z. B. Alkalimetall) bestehen. Neben der Anode G_A kann auch hier ein Beschleunigungsgitter angeordnet werden.

Als Füllung für die Röhren ist Helium oder Neon oder ein Gemisch von beiden vorteilhaft, indem die hohe Ionisationsspannung dieser Edelgase ein starkes Gegenfeld anzuwenden gestattet, wodurch die Energie der Röhre vergrößert wird. Ferner kann man in bekannter Weise die Röhre magnetisch beeinflussen, so daß der Teil n-n der Schaulinie steiler oder flacher verläuft, wodurch die erwähnte Widerstandsanpassung erleichtert wird. Derselbe Zweck wird durch Veränderung des Widerstandes W erreicht, indem dadurch die Glimmstromstärke erhöht bzw. vermindert wird.

Der Erfindungsgegenstand kann außer zur Verstärkung oder Schwingungserzeugung auch z. B. als Detektor in einer Empfangsschaltung benutzt werden, wobei die Röhre, wie im Patent 309139 erläutert ist, auf einen der Punkte η der Schaulinie einreguliert wird. Die Schaltung würde die gleiche sein wie in Abb. 2, nur ist an die Stelle der Sendetaste t der Empfangshörer zu setzen.

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Gas- oder Dampf entladungsröhre mit negativer Charakteristik, dadurch gekennzeichnet, daß eine durchbrochene Anode zwischen zwei Kathoden angeordnet ist und durch geeignete Spaninungsanlegiung in dem einen (unteren) Kathodenraum eine selbständige Entladung, in der Gas- oder Dampfmenge des oberen Raumes dagegen unter Mitwirkung eines Gegenfeldes eine Stoßionisation durch die aus dem ersteren Raum austretenden negativen Ionen in solcher Art hervorgerufen wird, daß einem abnehmenden Gegenfeld eine Zunahme der Zahl der durch Stoß ausgelösten sekundären Elektronen und Ionen entspricht.

2. Gas- oder Dampfentladungsröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Gitter (Beschleunigungsgitter Gß) zwischen der Gitteranode (G_A) und der Antikathode (P) angeordnet ist, wobei der Abstand zwischen beiden Gk- no tern bei dem gewählten Gas- ader Dampfdruck kleiner oder nicht wesentlich größer als die mittlere freie Weglänge der Moleküle des Gases oder Dampfes bzw. — im Fall eines Gas- oder Dampfgemisches — desjenigen Dampfes oder Gases des Gemisches ist, das die kleinste Weglänge . besitzt.

3. Gas- oder Dampf entladungsröhre nach Anspruch 1 .und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antikathode (P) aus möglichst wenig zerstäubendem Material,

beispielsweise bei Edelgas wie die Kathode (K) aus elektropositivem Material (Alkalimetall), besteht.

4. Gas- oder Dampfentladungsröhre nach Anspruch 1 bis 3

dadurch gekennzeichnet, daß behufs Anwendung eines stärkeren Gegenfeldes und größerer Energie der Röhre die letztere mit Neon oder Helium oder einem Gemisch beider gefüllt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.