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Gas- oder dampfgefüllter Glühkathod'engleichrichter Aufgabe eines
Gleichrichters ist es, einen Wechselstrom in einen Gleichstrom umzuformen. Um einen
möglichst hohen Wirku;ngsgrad zu. erhalten, ist es dabei notwendig, daß der Gleichrichter
in der einen Stromrichtuiog (der Sperrichtung) einen möglichst hohen Widerstand,
in der anderen Richtung (der Durchlaßrichtung ) einen möglichst niedrigen Widerstand
besitzt.
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Die bekannten Hochvakuiumgleichrichter mit GlÜh'k athode besitzen
nun wohl in der Sperrichtung, wie gefordert, einen praktisch unendlich hohen Widerstand,
jedoch stellen sie auch in der Durchlaßrichtung einen :erheblichen Widerstand dar.
Die Spannung, die notwendig ist, um einen, gewissen Elektronenstrom .aus der Elektronenraumladung
an der Glühkathode zu befreien, ist nach dem bekannten Raumladungsgesetz um so niedriger,
je kleiner der Abstand Kathode-Anode und je größer die Kathodenoberfläche gemacht
wird. Aus konstruktiven Gründen ist es jedoch nicht möglich, den Abstand Kathode-Anode
so klein bzw. die Kathodenoberffäche so ,groß zu machen, d,aß der Innenwiderstand
genügend klein wird.
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Um diesen Innenwiderstand zu verringern, werden die Gleichrichter
daher oft mit einer Gas- oder Dampffüllung versehen. Die Elektronen können dann,
sobald die Anodenspannung genügend hoch ist, die Moleküle dieses Füllgases ionisieren.
Die gebildeten positiven. Ionen fliegen zur Kathode -und durchqueren dabei die Elektronenraumladung
vor der Kathode, aus der sie eine große Zahl von El:ektronen befreien. So befreit
ein Quecksilberion aus der Raumladung etwa roo bis aoo Elektronen.
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Diese Ionen rufen jedoch einen sehr störenden Nebeneffekt hervor.
Wegen ihrer großen Masse besitzen sie vor allem an ihrem Entstehungsort in der Nähe
der Anode sehr ge-
ringe Geschwindigkeiten. Sobald die'durch die Gleichrichter
fließende Stromstärke einen gewissen Wert überschreitet, entsteht daher vor der
Anode eine Ionenraumladung, die um so dichter ist und sich um so weiter auf die
Kathode zu erstreckt, je größer die Stromstärke ist. Mit wachsender Stromstärke
-wandert also die Raumladung auf die Kathode zu und verursacht ein Anwachsen der
Feldstärke an der Kathode, vor allem aber infolge Änderung des Potentialverlaufs
in: der Entladungsstrecke eine Vergrößerung des Raumes, in dem Ionisation möglich
ist. Vor allem wegen dieser Vergrößerung der Ionisationsm,öglichkeit mit wachsender
Stromstärke haben solche gasgefüllten Ventile eine Entladungscharakteristik, die
Licbtbogencharakter besitzt, d. h. Teile mit negativem
Innenwiderstand
aufweist. Werden sie in Gleichrichteranlagen verwendet, so können die angeschlossenen
Leitungs- und Schaltelemente zu Eigenschwingungen angeregt werden. Bei Verwendung
in Empfangsanlagen der drahtlosen Telegraphie müssen daher kostspielige und umfangreiche
Maßnahmen zur Entstörung getroffen -werden.
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Es ist nun ein gas- oder dampfgefüllter, mit unselbständiger Entladung
arbeitender Glühkathoden,gleichrichter bekannt, bei dem ein von der Kathode ,entfernt
liegender Raum vorhanden ist, in dem eine Ionisation stattfindet und aus dem Ionen
zur Kathode wandern und die sich dort bildende negative Raumladung beseitigen. Zu
dein Zweck ist die zylindrische Anode so nahe an die- Glühkathode herangerückt,
wie es die mechanischen Konstruktionsbedingungen zulassen, und mit Öffnungen versehen,
worden. Außerhalb .der Anode ist :außerdem :eine vorzugsweise auf etwas höherem
Potential befindliche Hilfsanode vorgesehen, die die Anode einschließt. Der Raum,
in dem Ionisation stattfindet, isst dann der Raum zwischen Anode und Hilfsanode.
Bei dieser Anordnung nimmt die innenliegende Anode jedoch sehr viel Strom auf und
erhitzt sich dadurch sehr stark, zumal da die äußere Hilfsanode noch als Wärmeschirm
wirkt. Außerdem erfordert die Anordnung im allgemeinen eine zusätzliche Durchführuing.
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Nach :dem soeben behandelten Prinzip arbeiten ,auch die Gleichrichter
gemäß der Erfindung. Erfindungsgemäß ist aber bei ihnen die die koaxial angeordnete.
Glühkathode .umschließende Anode in größerem Abstande von der Glühkathode angeordnet,
dafür aber mit nach innen vorspringenden Teilen versehen, die der Kathode nur kleine
Stirnflächen zukehren und so nahe an die G1"uhkathode heranreichen, daß im wesentlichen
nur im Raume zwischen diesen Stirnflächen und den weiter als diese Stirnflächen
von der Kathode entfernten Anodenteilen Ionisation stattfindet, so daß die S:tromspanmung'scharakteristik
keine merklichen Teile mit negativem Widerstand aufweist.
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In Abb. i ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform dargestellt. Es
bedeutet a eine beispielsweise indirekt geheizte Glühkathode, die von einer zylindrischen
Anode c umgeben ist. An der Anode sind vier nach innen ragende Rippen b angebracht,
die der Kathode nur kleine Stirnflächen zukehren und so nahe an die Glühkathode
heranreichen, daß zwischen ihnen. und der Kathode praktisch keine Ionisierung auftritt.
Diese Rippen haben natürlich dieselbe Wirkung, wenn sie nicht in der Längsrichtung
der Kathode, sondern senkrecht dazu verlaufen. Ist nun die Potentialdifferenz zwischen
der Kathode a und der Elektrode b, c größer als die Ionisierungsspannung
des betreffem.dkan Gases, so können die Elektronen Gasmoleküle ionisieren. Diese
-Ionisation findet nach obigem im wesentlichen nur zwischen b und c statt, denn
in diesem Raum besitzen die Elektronen auf Jeden Fall eine Geschwindigkeit, die
zur Ionisation ausreicht. Aus diesem Raum -wandern dann .die Ionen zur Kathode und
neutralisieren dort die negative Raumladung. In dem Raum zwischen. b und c wird
zweifellos bei höheren Stromstärken auch eine Ionenraumladung entstehen, die jetzt
jedoch keine ausschlaggebende Än.derumg der Ionisationsmöglichkeit mehr bewirken,
kann. Die andererseits auch in dem Raum zwi--schen a und b mögliche Ionenraumladung
ist infolge des gemäß obigen zu wählenden Abstandes a, b genügend klein und
damit bedeutungslos gemacht.
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Gleichrichter, die nach diesem Prinzip gebaut werden, zeigten tatsächlich
:eine Stromsp:annungscharakteristik, die keime oder nur noch unmerklich kleine Teile
negativen Widerstandes besitzt.
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Dieses Konstruktionsprinzip läßt sich natürlich weitgehend abwandeln.
So zeigt Abb. eine konstruktiv einfachere Form, bei der die Anode stei-nfärmigen
Querschnitt besitzt und die ohne weiteres aus der Abb. i abgeleitet werden kann.
Alle diese Elektrodienformen haben den gleichen physikalischen Zweck; sie bewirken,
daß genügend Raum zur Verfügung steht, in dem eine Ionisationsmöglichkeit vorhanden
ist, ohne daß .die entstehende Ionenraumladum,g einen so starken Einfluß auf Ionisationsmöglichkeit
und Feldstärke an der Kathode ausübt, daß Teile mit negativem Widerstand der Entladecharakteristik
entstehen.
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Für Hochvakuumentladungsröhren sind ähnliche Elektrodenformen bereits
seit längerem bekannt. Sie haben :dann jedoch völlig andere Bedeutung. So wird z.
B. :eine Anodenform entsprechend Abb. i bei Hochvakuumröhren zur Unterdrückung der
Sekundäremission benutzt. Aus der vorhergehenden Beschreibung ist jedoch ohne -weiteres
zu erkennen, daß zwischen den bisherigen Anwendungen und der erfindungsmäßigen prinzipielle
Unterschiede bestehen.