DE564863C - Anordnung zur Erzeugung von Kippschwingungen mit Glimmroehren - Google Patents

Description

Die Verwendung lichtelektrischer Zellen zum Anzeigen oder Messen von Licht oder zur Regelung elektrischer Ströme durch Licht ist an sich bekannt. Bei diesen Anwendungsarten wird von der Tatsache Gebrauch gemacht, daß die Stärke des .durch die Zelle bei Anlegen einer bestimmten Spannungsdifferenz zwischen Anode und Kathode fließenden Stromes in definierter Weise von der Belichtungsstärke abhängig ist, und zwar ist die Stromstärke der Belichtung einfach proportional. Dies ist bei der Vakuumzelle, bei der der Übergang der Elektronen aus der Kathode zur Anode ohne Zusammenstöße mit

¹S Gasmolekülen erfolgt, bei sämtlichen angelegten Spannungen, d. h. über den ganzen Bereich der Charakteristik, der Fall, bei gasgefüllten Zellen jedoch nur auf dem ansteigenden Ast der Charakteristik, d. h. ihrem positiven Teil. Die Charakteristik einer solchen Zelle fängt nämlich bei einer bestimmten Spannung, der Zündspannung, an negativ zu werden; die bei diesem Umkehrpunkt einsetzende Glimmentladung wird sofort instabil,

«5 und man nennt daher diesen Teil den instabilen Teil der Charakteristik. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, diesen Teil der Charakteristik solcher Zellen zum Messen von Belichtungsstärken zu verwenden. Praktisch erfolgreich waren diese Versuche jedoch nicht, weil die Stärke der in diesem Teil übergehenden Ströme in sehr unübersichtlicher Weise von der Belichtung abhängt.

Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist nun, gasgefüllte Zellen unter Verwendung eben dieses negativen Astes der Charakteristik für mannigfache Zwecke zu verwenden, aber nicht, wie bisher üblich, durch Messung der Stärke der durch die Zelle gehenden Ströme, sondern durch Feststellung der Frequenzänderung, die ein durch eine solche gasgefüllte, lichtelektrische Zelle selbsterzeugter, intermittierender Gleichstrom durch Belichtung erfährt.

Die dazu erforderliche Schaltung ist in der beiliegenden Zeichnung wiedergegeben. Darin bedeutet 1 eine gasgefüllte elektrische Zelle mit Kathode 2 und Anode 3; der Zelle ist ein Kondensator 12 parallel geschaltet. Die Zelle erhält ihre Anodenspannung aus der Gleich-Stromquelle 9, deren Strom durch eine vor die Zelle geschaltete Verstärkerröhre 4 mit Anode 5, Kathode 6, Heizbatterie 7 und Heizwiderstand 8 in seiner Höhe begrenzt wird. Statt der Verstärkerröhre kann auch ein hoher Ohmscher Widerstand, z. B. ein Silitstab, gewählt werden. Diese Schaltung ist an sich bekannt, denn sie wird allgemein unter Verwendung von Glimmlampen, Kohlebogenlampen, Wolframbogenlampen usw. zur Schwingungserzeugung ohne Selbstinduktion benutzt. Die Wirkungsweise der vorliegen-

den Schaltung bei unbelichteter Zelle ist so, daß beim Einschalten des Gleichstromes zunächst Zelle und Kondensator sich in bekannter Weise nach einer Exponentialfunktion der Zeit über den Vorwiderstand der Verstärkerröhre 4 aufladen. Ist nun die durch die Gleichstromquelle 9 gegebene angelegte Spannung größer als die Zündspannung der Zelle, und dies ist die Voraussetzung für das Eintreten der beabsichtigten Wirkung, so wird diese Zündspannung erreicht, bevor der Kondensator völlig aufgeladen ist. In diesem Augenblick geht eine Glimmentladung durch die Zelle, und zwar, wie oben erwähnt, auf dem instabilen Teil der Charakteristik. Die Spannung sinkt dadurch sofort ab, was ein Aussetzender Entladung zur Folge hat. Es geht 'also nur ein Stromstoß durch den Anodenkreis, bis der Kondensator unter die Zündspannung entladen ist; die Spannung wächst dann über den Vorwiderstand (etwa Verstärkerröhre 4) von neuem, bis die Zündspannung wieder erreicht ist, alsdann setzt eine neue Entladung ein, die wieder abbricht, und dies wiederholt sich periodisch, d. h. es entsteht eine Reihe von Impulsen oder ein intermittierender Gleichstrom, dessen Frequenz von der Zeit abhängt, innerhalb welcher sich das System (Kondensator und Zelle), bedingt durch die Spannung der Gleichstromquelle 9 und die Größe des Widerstandes, auflädt. Hält man also in einer solchen Schaltung den Kondensator, die Stromquelle und den Vorwiderstand konstant, so hängt die Frequenz der Schwingungen nur von der Charakteristik der Zelle ab, die im unbelichteten Zustande eindeutig gegeben ist. Es entsteht also eine Art von Schwingungen. Schwingungssysteme dieser Art, jedoch nicht unter Verwendung lichtelektrischer Zellen, sind übrigens neuerdings vielfach untersucht worden; die mit ihnen erzeugten Schwingungen sind von F r i e d-1 an der (Diss. T. H. Berlin, 1926) als Kippschwingungen bezeichnet worden.

Wird jedoch eine solche Zelle belichtet, so ändert sich ihre Charakteristik; die Folge hiervon ist dann aber auch eine Änderung der Aufladezeit des Systems und damit der Frequenz. Zu jeder Belichtungsstärke ein und derselben Zelle gehört nun, wie festgestellt ist, eine andere Charakteristik. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß jeder Belic-htungsstärke eine andere Frequenz der erzeugten Kippschwingungen entspricht, und benutzt die durch Belichtung einer Zelle eintretende Frequenzänderung gegenüber einer unbelichteten, von pulsierendem Gleichstrom durchflossenen Zelle dazu, die Belichtung an-€0 zuzeigen und ihre Stärke zu messen. Zu diesem Zwecke müssen in dem Anodenkreis der , Zelle zur Frequenzmessung geeignete Vorrichtungen angebracht werden. Diese können z. B. in einem Transformator bestehen, dessen eine Wicklung 10 zwischen Anode und positivem Pol der Gleichstromquelle geschaltet ist und dessen andere Wicklung 11 mit einem Telephon verbunden wird, nötigenfalls unter Zwischenschaltung von Verstärkungsvorrichtungen.

Außer zum Anzeigen und Messen von Licht kann die Anordnung auch zur Steuerung elektrischer Ströme verwendet werden. Für diesen Zweck wird die Wicklung 11 mit der entsprechenden Signalvorrichtung verbunden.

Bemerkt sei noch, daß Kippschwingungen mit der angegebenen Schaltung auch erzeugt werden können, wenn man den Kondensator 12 fortläßt. Es können nämlich, wie man sich leicht überzeugt, auch die Kapazitäten der Anode 3 und der Kathode 2 der Zelle selbst als Kondensator dienen, der auch in diesem Falle der Gasstrecke 3-2 parallel geschaltet ist. Es fallen also auch Schaltungen der bezeichneten Art ohne Kondensator unter den Schutz der vorliegenden Erfindung.

Das neue Verfahren läßt sich überall da mit Vorteil verwenden, wo bisher bei einer lichtelektrischen Zelle das auffallende Licht in Änderungen der Stromstärke umgesetzt wurde. Darüber hinaus ist die Schaltung jedoch geeignet, Ströme hoher Frequenz durch Lichtänderungen verhältnismäßig niedrigerer Frequenz zu verändern. Ein solches Problem liegt z. B. bei der drahtlosen Bildübertragung vor, bei der Ströme von einer Frequenz von etwa 5000 durch Lichtänderungen von nur 30p Wechseln pro Sekunde moduliert werden müssen. Durch Abstimmung von Kondensator, Anodenspannung und Vorschaltröhre in der Schaltung nach der Erfindung kann man intermittierende Ströme von 5000 Wechseln pro Sekunde mit der Zelle erzeugen und die durch Belichtung mit einer 3oomal pro Sekünde pulsierenden Lichtquelle erzeugten Modulationen der Trägerwelle aufdrücken.

Es sind zwar bereits Verfahren bekannt, Lichtänderungen durch Bestimmung von Frequenzänderungen zu messen. Bei diesen bekannten Verfahren bildet aber eine photoelektrische Zelle den Bestandteil eines Stromkreises, in den Schwingungen durch irgendeine" außenliegende Quelle erzeugt und aufrechterhalten werden; so kann der Strom- ¹¹S kreis aus einer Selbstinduktion und Kapazität bestehen und die Zelle einem dieser beiden parallel geschaltet sein. Das Einfallen von Licht auf die Zelle verändert dann die gegebene Periode des Stromkreises, d. h. die Frequenz der Schwingungen, die in ihn durch den äußeren Schwingungskreis hinein-

geschickt werden; die Schwingungen dauern aber weiter an, auch wenn die Zelle völlig entfernt wird. Dagegen werden nach der Erfindung die Schwingungen in und von der Zelle selbst erzeugt und hören demgemäß bei Entfernung der Zelle sofort völlig auf. In Abwesenheit der Zelle ist weder eine Schwingungsquelle noch ein Stromkreis vorhanden, in dem Schwingungen aufrechterhalten wer-

>o den können.

Das somit erheblich vom Bekannten abweichende Verfahren bedeutet im übrigen einen erheblichen technischen Fortschritt, weil durch Erzeugung der Schwingungen mit

'5 der Zelle selbst die Apparatur außerordentlich vereinfacht wird. Darüber hinaus wird aber die Empfindlichkeit des Verfahrens gegenüber allen bisher bekannten Verfahren wesentlich gesteigert, sofern man nicht bei

so letzteren zu äußerst verwickelten Schaltungen greifen will. Belichtungsstärken, die in Photozellen sonst Ströme" von nicht mehr als io bis 12 Amp. Stromstärke erzeugen würden, können mit der einfachen Anordnung nach

as der Erfindung ohne weitere Hilfsmittel festgestellt werden. Ein technischer Vorteil besteht ferner aber auch besonders für den Fall, daß man nicht nur Lichtänderungen aufsuchen, sondern sie sogleich in weitere elektrische Schwingungen umsetzen will, beispielsweise für Relais- und Modulierungszwecke; für diese Zwecke liefert die Zelle selbst schon diese Schwingungen, und man hat nicht nötig, solche erst besonders zu erzeugen.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   ι . Anordnung zur Erzeugung von Kippschwingungen mit Glimmröhren, dadurch gekennzeichnet, daß als Glimmröhre eine 4<> auch im nicht belichteten Zustande Schwingungen erzeugende, gasgefüllte, lichtelektrische Zelle dient.
2. 2. Verfahren zur Modulation von elektrischen Schwingungen durch Licht unter Verwendung der Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Kippschwingungen durch die Beeinflussung der lichtelektrischen Zelle durch die Lichtschwankungen ge- 5» ändert wird.
3. 3. Verfahren zum Anzeigen oder Messen von Licht unter Verwendung der Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Beiichtung der Zelle hervorgerufene Änderung der Frequenz der Kippschwingungen durch auf Frequenzänderung ansprechende Vorrichtungen angezeigt oder gemessen wird.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen