DE453853C

DE453853C - Electric rectifier tubes with a hollow cathode and an anode opposite its inner surface

Info

Publication number: DE453853C
Application number: DEA36102D
Authority: DE
Original assignee: American Radio and Research Corp
Current assignee: American Radio and Research Corp
Priority date: 1920-10-08
Filing date: 1921-08-24
Publication date: 1927-12-23
Also published as: FR539673A; US1617171A; GB170015A

Description

Die Erfindung betrifft Elektronenentladungsröhren, bei denen der Abstand zwischen benachbarten Elektrodenflächen kurz genug und der Gasdruck niedrig genug ist, um die Einleitung einer wesentlichen Entladung durch diesen Raum hindurch bei Spannungen zu verhindern, die an sich hoch genug sind, um eine Entladung über längere Zwischenräume hinweg einzuleiten. Im besonderen bezieht sich die Erfindung auf Gleichrichterröhren mit einer hohlen Kathode und einer deren Innenseite gegenübergestellten Anode und im besonderen auf Röhren der KaItelektrodentype, d. h. mit Elektroden, die nicht auf eine genügend hohe Temperatur erhitzt werden, um durch thermionische Emission zu wirken wie bei Glühkathoden. Bei einer Röhre mit nichtglühender Kathode sind höhere Potentiale nötig, um Entladung durch das Gas zu bewirken, und im Gefolge der höheren Arbeitspotentiale werden Teilchen der Elektrodenmasse auf die Innenwand der Röhre und andere Flächen in der Röhre aufgestäubt, die dadurch geschwärzt und gegebenenfalls Kurzschlüsse zur Folge hat.The invention relates to electron discharge tubes in which the distance between adjacent electrode surfaces is short enough and the gas pressure low enough to prevent the initiation of a substantial discharge through that space at voltages which are inherently high enough to allow a discharge over longer spaces initiate. In particular, the invention relates to rectifier tubes with a hollow cathode and an anode opposite the inside thereof, and in particular to tubes of the KaItelffektentype, ie with electrodes that are not heated to a high enough temperature to act by thermionic emission as with hot cathodes. In the case of a tube with a non-glowing cathode, higher potentials are necessary to cause a discharge through the gas, and as a result of the higher working potentials, particles of the electrode mass are sputtered onto the inner wall of the tube and other surfaces in the tube, which blackened and possibly short circuits Consequence.

Die Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß Mittel, z. B. Magnetfelder, vorgesehen sind, welche die Bahn der Elektronen in der einen Richtung derart verlängern, daß Stoßionisation eintritt, in der anderen Richtung aber nicht.The invention is characterized in that means, e.g. B. magnetic fields are provided are, which lengthen the path of the electrons in one direction in such a way that impact ionization enters, but not in the other direction.

In Verbindung damit kennzeichnet sich die Erfindung weiterhin durch ein "Hindernis, das nahe genug an jede Elektrode herani ragt, um eine wesentliche Entladung zwisehen der Anode und der Außenbegrenzung der Kathode um die Begrenzung des erwähnten Raumes herum zu verhindern, so daß die Entladung sich auf den Innenraum der Hohl- : kathode beschränkt. Auf diese Weise werden die inneren Oberflächen der Röhre gegen den vorerwähnten Niederschlag geschützt. Auch kann das Gas zwischen der Kathode , und Anode wirksamer ionisiert werden als I bei Rohren, wo das ionisierte Gas nicht : auf den begrenzten Raum innerhalb einer i hohlen Kathode beschränkt ist.
^! Bei der tatsächlichen Ausführung der i neuen Vorrichtung sind die in dem gashalti-. gen Raum befindlichen Elektroden so gestal-In connection with this, the invention is further characterized by an "obstacle which protrudes close enough to each electrode to prevent a substantial discharge between the anode and the perimeter of the cathode around the delimitation of said space, so that the discharge occurs In this way the inner surfaces of the tube are protected against the aforementioned precipitation limited space within a hollow cathode.
^! In the actual execution of the i new device, those in the gashalti-. design the electrodes located in the

tet und gegenseitig angeordnet, daß alle zur ¹ Leitung durch das Gas verfügbaren Bahnen ! oder Wege kurz und vor der Größenord-I nung der durchschnittlichen oder mittleren j freien Bahn der Elektronen und alle verfüg-I baren Wege oder Bahnen durch das isolie-tet and mutually arranged that all ^{paths available for 1} line through the gas! or paths short and before the order of magnitude of the average or mean j free path of the electrons and all available paths or paths through the isolating

rende Medium so lang sind, daß der mechanische Niederbruch des Mediums verhindert wird.The medium is long enough to prevent the medium from breaking down mechanically will.

Wenn ein magnetisches Feld von konstanter Stärke zur Einwirkung auf den zwei Elektroden dieser Art trennenden Gaszwischenraum gebracht wird, welche Elektroden im Falle der in den Abbildungen veranschaulichten Ausführungsform aus zwei konzentrisehen Zylindern bestehen, so zeigt sich, daß der isolierende Spalt leitfähig wird, wenn der äußere Elektrodenzylinder negativ ist. Wenn also die beiden Elektroden in dem Stromkreis einer Wechselstromquelle liegen, so wird der Strom zwischen den Elektroden in der einen Richtung geleitet, in der entgegengesetzten Richtung abgeschnitten.When a magnetic field of constant strength to act on the two electrodes this kind of separating gas gap is brought, which electrodes in the case of illustrated in the figures Embodiment consist of two concentric cylinders, it turns out that the insulating gap becomes conductive when the outer electrode cylinder is negative. if so the two electrodes are in the circuit of an alternating current source, so the current between the electrodes is conducted in one direction, in the opposite direction Direction cut off.

Diese Auswahlwirkung beruht weitgehend auf der Gestaltung der Elektroden in solcher Weise, daß den äußeren Zylinder verlassende Elektronen erst dann mit dem inneren Zylinder in Berührung kommen, wenn sie einen verhältnismäßig langen Spiralweg zurückgelegt haben. Andererseits muß ein den inneren Zylinder verlassendes Elektron wegen der von der äußeren Elektrode dargebotenen konzentrischen Oberfläche auf die äußere Elektrode treffen, ohne eine genügend lange Bahn durchmessen zu haben. Diese gleichrichtende Eigenschaft des Spaltes beruht darauf, daß die Bahn den äußeren Zylinder verlassender Elektronen durch das magnetische Feld genügend verlängert wird, um Zusammenstöße mit Gasmolekülen derart zu verursachen, daß eine Ionisierung eingeleitet wird, während die Bahnen den inneren Zylinder verlassender Elektronen nicht so weit verlängert werden, daß das Gas leitfähig gemacht wird.This selection effect is largely based on the design of the electrodes in such Way that electrons leaving the outer cylinder only enter the inner cylinder come into contact when they have traveled a relatively long spiral path to have. On the other hand, an electron leaving the inner cylinder must because of that presented by the outer electrode concentric surface to meet the outer electrode without a long enough Having measured the web. This rectifying property of the gap is based on the fact that the track the outer Cylinder of leaving electrons is sufficiently elongated by the magnetic field, to cause collisions with gas molecules in such a way that ionization is initiated becomes, while the orbits of electrons leaving the inner cylinder are not elongated so far that the gas becomes conductive is made.

Die Vorteile einer solchen Konstruktion, wenn man sie als Gleichrichter benutzt, rühren teilweise von dem Umstand her, daß eine große Strommenge durch ein gasförmiges Medium durch. Ionenleitung übertragen werden kann und der Spannungsabfall durch den Spalt der Potentiale von der Größenordnung 10 000 Volt und mehr vernachlässigt werden darf. Außerdem wird die Röhre nicht durch Kurzschlüsse von kurzer Dauer beschädigt. In den Abbildungen, welche die bevorzugte Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes wiedergeben, bedeutet:The advantages of such a construction when used as a rectifier are stirring partly from the fact that a large amount of current flows through a gaseous medium. Ion conduction are transmitted can and the voltage drop through the gap of the potentials of the order of magnitude 10,000 volts and more can be neglected. In addition, the tube will not go through Short-term short circuits damaged. In the pictures which the preferred To reproduce the embodiment of the subject matter of the invention means:

Abb. ι einen Schnitt durch eine Hochspannungsgleichrichterröhre, Fig. Ι a section through a high-voltage rectifier tube,

Abb. 2 eine besonders geeignete Schaltung, in welcher dieselbe verwendet werden kann.Fig. 2 shows a particularly suitable circuit in which it can be used.

Gemäß Abb. 1 sind in einem verschlossenenAccording to Fig. 1 are locked in a

Gehäuse 10 zwei Elektroden 12, 13 aus nicht magnetischem Material, z. B. aus Molybdän, konzentrisch zueinander angeordnet. Die beiden Elektroden liegen an einer Wechselspannung, und wenn die Röhre arbeitet, findet in dem diese Elektroden trennenden Raum eine Leitung in einer Richtung statt. Die sich gegenüberstehenden Flächen der Elektroden sind in so geringem Abstand voneinander angeordnet, daß das Leitendwerden des Gases in dem sie trennenden Raum selbst unter außerordentlichen hohen Spannungen gewöhnlich verhindert wird. Durch Einschaltung eines konstanten magnetischen Feldes, dessen Kraftlinien im wesentlichen parallel zu den Elektrodenachsen verlaufen, wird die Röhre in der einen Richtung leitend gemacht, bleibt aber in der entgegengesetzten Richtung isolierend. Dieses Magnetfeld kann durch einen permanenten Magneten 15 erzeugt werden, welcher die in Abb. 1 veranschaulichte Lage mit Bezug auf die Röhre besitzt. Mit dem permanenten Magneten wirken Zylinder 8c 17 und 18 aus magnetischem Material zusammen, welche mit den entgegengesetzten Enden des Elektrodenzylinders 13m Eingriff sind und dazu dienen, das magnetische Feld auf den Bereich zwischen den Elektroden 12 und 13 zu beschränken. Die beiden Zylinder 17 und 18 sind mit dem Elektrodenzylinder 13 und miteinander durch eine Hülse 19 aus nicht magnetischem Material verspannt.Housing 10 does not have two electrodes 12, 13 magnetic material, e.g. B. made of molybdenum, arranged concentrically to one another. the Both electrodes are connected to an alternating voltage, and when the tube is working, these electrodes are separating Space a line in one direction instead. The opposing surfaces of the Electrodes are so closely spaced that they become conductive of the gas in the space separating them, even under extremely high voltages usually prevented. By switching on a constant magnetic field, whose lines of force run essentially parallel to the electrode axes, the Tube made conductive in one direction, but remains in the opposite direction insulating. This magnetic field can be generated by a permanent magnet 15, which has the position illustrated in Fig. 1 with respect to the tube. With Cylinders 8c 17 and 18 made of magnetic material work together with the permanent magnet, which engage with the opposite ends of the electrode cylinder 13m and serve to apply the magnetic field to the area between the electrodes 12 and 13 to restrict. The two cylinders 17 and 18 are with the electrode cylinder 13 and clamped together by a sleeve 19 made of non-magnetic material.

Die äußere Elektrode 13 besteht aus einem dünnen Metallzylinder, dessen beide Enden in jn den einander zugekehrten Flächen der Zylinder 17 und 18 vorgesehenen Nuten sitzen.The outer electrode 13 consists of a thin metal cylinder, both ends of which in jn the mutually facing surfaces of the cylinders 17 and 18 grooves sit.

Damit aus dem Entladungsraume innerhalb der äußeren Elektroden 13 Wärme frei entweichen kann, ist die Verbindungshülse 19, wie die Abbildung zeigt, zweckmäßig mit Öffnungen oder Schlitzen 14 versehen. Die innere Elektrode 12 ist an beiden Enden mit Eisenstangen 20 und 21 verbunden. Die Stange 20 ist mit einem Kopf 22 versehen, die Stange 21 mit einem Gewindeende 23. Die Elektrode ist vorzugsweise mit den Stangen verschweißt oder verlötet, so daß eine fortlaufende Stange entsteht, deren mittlerer Teil aus nicht magnetischem Material besteht. Die äußeren Enden der Stangen 20 und 21 werden von Isolierzylindern 24 und aus Glas o. dgl. umgeben, welche in Ausnehmungen 26 der Zylinder 17 und 18 sitzen. Die Isolierzylinder können durch Bunde 27 und 28 aus Kupfer oder einem anderen nicht magnetischen Material festgehalten werden, deren Hals 29 in den Raum zwischen den Stangen 20 und 21 und den Zylindern 24 und 5 ragt. Die verschiedenen Elemente werden durch eine Mutter 30 zusammengehalten, welche auf dem Gewindeende 23 sitzt und die Bunde 27 und 28 gegen die Enden der Zylinder 24 und 25 zieht. Um zu erreichen, daß alle Bahnen durch das einem elektrischenThis releases heat from the discharge space within the outer electrodes 13 can escape, the connecting sleeve 19, as the figure shows, is expediently with Openings or slots 14 are provided. The inner electrode 12 is with at both ends Iron bars 20 and 21 connected. The rod 20 is provided with a head 22, the rod 21 with a threaded end 23. The electrode is preferably with the rods welded or soldered, so that a continuous rod is formed, the middle one Part is made of non-magnetic material. The outer ends of the rods 20 and 21 are surrounded by insulating cylinders 24 and made of glass or the like, which are in recesses 26 of the cylinders 17 and 18 are seated. The insulating cylinders can by means of collars 27 and 28 made of copper or some other non-magnetic material, their neck 29 in the space between the rods 20 and 21 and the cylinders 24 and 5 protrudes. The various elements are held together by a nut 30, which sits on the threaded end 23 and the collars 27 and 28 against the ends of the Cylinders 24 and 25 pulls. In order to achieve that all railways through the one electric

Felde ausgesetzte tragende Dielektrikum lang und alle Bahnen durch das Gas kurz sind, sind die äußeren Enden der Zylinder 17 und 18 bei 31 ausgebohrt, um die Berührungsstelle zwischen dem Metall und den Isolierzylindern auf eine wesentliche Länge von den mit den Stangen 20 und 21 in Berührung befindlichen Bunden 27 und 28 zu trennen. Außerdem ist jeder Bund mit einem Ringflansch 33 versehen, welcher parallel zu, aber im Abstand von den Wänden des einschließenden Gefäßes verläuft. Aus den Abbildungen ersieht man, daß die äußeren Zylinder nicht direkt mit dem Gefäß in Berührung sind, sondern durch Ringe oder Scheiben 35 in ihm zentriert sind und von den Wänden abgehalten werden.Field-exposed load-bearing dielectric is long and all trajectories through the gas are short, the outer ends of cylinders 17 and 18 are drilled out at 31 to keep the interface between the metal and the insulating cylinders for a substantial length from those in contact with rods 20 and 21 located collars 27 and 28 to separate. In addition, each collar is provided with an annular flange 33 which runs parallel to but at a distance from the walls of the enclosing vessel. It can be seen from the figures that the outer cylinders are not in direct contact with the vessel, but are centered in it by rings or discs 35 and are kept away from the walls.

Einer der Zuleitungsdrähte, 36, ist an den Kopf 22 angeschlossen und verläuft durch das Ende der Röhre nach außen, während der andere Draht 37 mit der Hülse 19 verbunden ist und bei 38 seitlich aus der Röhre austritt. One of the lead wires, 36, is connected to head 22 and passes through the end of the tube to the outside, while the other wire 37 is connected to the sleeve 19 and emerges from the side of the tube at 38.

In dem Schaltschema, Abb. 2, ist mit 40 ein Stromkreis bezeichnet, welcher der Primärspule eines Hochtransformators 42 Wechselstrom von 110 Volt zuführen kann. Die Sekundärspule dieses Umformers liegt in dem die Röhre enthaltenden Stromkreis 43, welche den ihr zugeführten hochgespannten Wechselstrom der Sekundärspule des Transformators gleichrichtet. Dieser Stromkreis kann natürlich an irgendeinem nicht veranschaulichten Ladestromkreis angeschlossen werden, um den so gleichgerichteten, hochgespannten Strom auszunutzen.In the circuit diagram, Fig. 2, 40 denotes a circuit, which is the primary coil a step-up transformer 42 can supply alternating current of 110 volts. the The secondary coil of this converter is located in the circuit 43 containing the tube, which the high-voltage alternating current fed to it from the secondary coil of the transformer rectifies. This circuit can of course not be illustrated at any one Charging circuit can be connected to the rectified, high-voltage Exploiting electricity.

Es zeigt sich, daß ein Spalt der obengenannten Art die einseitige Leitfähigkeit besitzt, wenn ein magnetisches Feld zwischen bestimmten Grenzen auf den die Elektroden trennenden Raum zur Einwirkung gebracht wird. Unterhalb dieser bestimmten Feldstärke isoliert der Spalt in beiden Richtungen, über der bestimmten Feldstärke leitet der Spalt frei in beiden Richtungen. Mit einem Spalt von diesen Eigenschaften und geeigneten Stromkreisanordnungen kann die Erfindung nutzbringend als Gleichrichter, Schwingungserzeuger, Verstärker und Modulator verwendet werden.It turns out that a gap of the type mentioned above has the one-sided conductivity, when a magnetic field between certain limits is applied to the space separating the electrodes will. Below this specific field strength, the gap isolates in both directions, Above the given field strength, the gap conducts freely in both directions. With a gap of these properties and suitable circuit arrangements, the invention can be useful as a rectifier, Vibration generator, amplifier and modulator can be used.

Aus Obigem ergibt sich, daß die Teile 17 und 18 als die vorerwähnten Hindernisse zur Verhinderung elektronischer Entladung zwischen der Anode und der Außenfläche der Kathode um die Enden oder Begrenzungen des zylindrischen Raumes zwischen den beiden Elektroden herum dienen.From the above, it can be seen that the parts 17 and 18 as the aforementioned obstacles to prevent electronic discharge between the anode and the outer surface of the Cathode around the ends or boundaries of the cylindrical space between the two Serve electrodes around.

Es ist bekannt, bei Glimmentladungen durch Magnetfelder, welche die Bahnen der Elektronen verlängern, die Entladespannungen herabzusetzen.It is known, with glow discharges by magnetic fields, which the orbits of the Lengthen electrons, lower discharge voltages.

Claims

Patent claims:

1. Electric rectifier tube with a hollow cathode and one of them inner surface facing anode, in which the distance between the adjacent surfaces of the electrodes of the order of magnitude of the free path of the electrons at the selected gas pressure in the tube, thereby characterized in that means, e.g. B. magnetic fields are provided, which the path of the electrons in one direction extend so that impact ionization occurs, but not in the other direction.

2. rectifier tube according to claim 1, characterized in that the discharge space is limited so as to prevent electron discharge on the outer surface of the cathode.

3. Tube according to claim 1 and 2, characterized in that the space between the electrodes on the sides by the insulating material supporting the electrodes.

4. Tube according to claim 1, characterized in that the electrodes are made of two concentric cylinders exist, and that the discharge space between them is influenced by a "magnetic field whose lines of force are parallel to the surface of the electrodes.

1 sheet of drawings.