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Einrichtung zur stetigen lichtelektrischen Stromsteuerung mittels
einer Hochvakuumröhre Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zelle zur lichtelektrischen
Stromsteuerung. Bei ,solchen Zellen ist es wünschenswert, daß sie möglichst empfindlich
sind, d. h. daß eine geringe Schwankung der Lichtintensität eine bedeutende Stromschwankung
hervorruft. Die Erfindung gibt nun, ein neues Mittel, mit sehr geringen Lichtintensitäten
große Stromänderungen zu erzielen.
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Erfindungsgemäß wird bei einer Anordnung zur lichtelektrischen Stromisteueruing
mittels einer Vakuumentladungsröhre im Entladungsraum der Röhre eine von der Hauptentladung
unabhängige, lichtelektrisch: wirksame Fläche so angeordnet, daß sie ohne besondere
Spannung infolge in ihrer Stärke schwankender Aufladung die zwischen Kathode und
Anode übergehende Hauptentladung steuert und daß die Aufladung der lichtelektrisch
wirksamen Fläche durch. das Zusammenwirken eines äußeren elektrischen oder magnetischen
Wechselfeldes und dem steuernden Lichtstrom beeinflußt wird. Um den Erfindungsgedanken
klarer darstellen zu können, .erweist es sich als vorteilhaft, ief einen Grundversuch
zurückzugreifen, welcher- den Ausgangspunkt der vorliegenden Erfindung bildet. Die
bei diesem Versuch verwendete Anordnung zeigt Fig. i. In einer evakuierten Glashülle
i befindet ;sich eine Photokathode z und eine Anode 3. Außerhalb der Glashülle ist
eine Netzelektrode q: angeordnet. Diese Elektrode :steht über die Leitung 5 und
den Umschalter 6 mit einer Batterie 7 in -Verbindung, so daß ihm nach Belieben ein
,gegenüber der Kathode z positives oder negatives. Potential erteilt werden kann.
Die notwendige Anodenspannung wird von der Anodenbatterie 8 geliefert. In der Fi"ur
ist ferner durch Pfeile 9 die Richtung des Lichteintritts. angedeutet.
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Die dargestellte -Photozelle sei ultrarot empfindlich und werde mit
einer Anodenspannung betrieben,' welche tief unterhalb der Sättigungsspannung liegt.
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Macht man nun das Netz 4 positiv und bestrahlt
die
Kathode mit ultrarotem Licht, so lädt sich unter der Wirkung der Anodenspannung
und des zwischen Kathode -und Netz q. bestehenden .elektrischen Feldes die Glaswand
des Gefäßes 'negativ auf. Dieser Elektronenstrom; welcher die Glaswand trifft, isst
natürlich nur ein Teil des ,gesamten, von: der Kathode ausgehenden Elektronenstromes.
Der weit überwiegende Teil desselben trifft auf die Anode 3 auf. Durch die negative
Rufladung,der Glaswand wird das Feld zwischen Kathode und Anode bzw. Kathode und
Netz 4 geschwächt, so lange, bis sich ein Gleichgewichtszustand einstellt.
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Wird nun das Netz 4 auf negatives Pöten.-tialgebracht (wobei das ultrarote
Licht, mit welchem die Photokathode 2 bestrahlt wird, nicht abgeschaltet wird),
dann wirkt ,auf die Entladung zwischen Kathode und Anöde nicht nur die negative
Ladung der Glaswand hemmend ein, vielmehr wird diese Wirkung noch durch die negative
Netzelektrode 4 stark unterstützt. Infolgedessen wird der Strom zwischen Anöde 3
und Kathode ä stark absinken. Die negativen Elektronen, welche sich auf der Glaswand
befinden, kören sich auch trotz der abstoßenden Wirkung der negativen Netzelektrode
nicht von der Wand ablösen:, so daß die negative Rufladung der Wand in vollem Ausmaße
bestehen bleibt und ihre hemmende Wirkung ausübt: Anders ist es aber, wenn man die
Glaswand 'bzw. die Zelle als solche mit kurzwelligerem Zusatzlicht bestrahlt; welches
imstande ist, die Elektronen von der Glaswand abzulösen. Bei Einstrahlung solchen:
Lichtes vergrößert sieh der Anodenstrom wieder, davon der Glaswand ein Teil der
Elektronen verschwindet und somit auch die -&e Entladung hemmende negative
Rufladung der Wandkleiner geworden ist.
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Eine praktische Ausnutzung dieses Effektes würde bedingen, daß man
stets die Photozelle durch Anlegen einer positiven Spannung an. das Netz 4 betriebsbereit
macht und dann das Netz ¢ negativ lädt. Gemäß der Erfindung wird daher zum Zwecke
einer kontinuierlichen Steuerung des Photozellenstromes das Netz 4 mit Wechselspannung
beaufschlagt. Dann geschieht folgendes: In der positiven Phase der Wechselspannung
werden die von der Kathode ausgehenden Elektronen zum Teil nach der Anode 3, zum
Teil nach dem dem Netz.4 benachbarten Teil der Glaswand hingezogen. Es fließt ein
Anodenstrom, dessen Größe von der Größe derAno:denspannung und dem Potential der
Hilfselektrode 4 abhängig ist. Wird nun .das Potential der Hilfselektrode 4 negativ,
dann tritt infolge der negativen Rufladung der Glaswand zusammen mit dem. negativen
Potential der Hilfselektrode eine die Entladung stark hemmende Wirkung ein. Der
Anodenstrom zeigt eine beträchtliche Abnahme. Strahlt man aber in das Gefäß Licht
ein, welches imstande ist, während der negativen Periode des Wechselstromes die
Elektronen, welche ja die Tendenz haben, von der Glaswand weg zur Anode zu fliegen,
abzulösen, dann wird diese hemmende Wirkung bedeutend gering-er, und der Anodenstrom
nimmt größere Werte an. Auf diese Weise kann man Zusatzströme erhalten, die eine
Verstärkung des normalen Photostromes, welchen das kurzwellige Steuerlicht -sonst
hervorrufen würde, auf das mehr als ro3fache bedeuten. Der mittlere Anodenstrom,
und auf diesen kommt es beim größten Teil der Anwendungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen
Photozelle an, wird also durch die Einstrahlung des kurzwelligen Lichtes in weiten
Grenzen geändert.
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Was nun den Aufbau der Röhre betrifft,. kann man in verschiedener
Weise vorgehen. Unter allen Umständen muß aber derjenige Teil der Glaswand, an welchem
sich ie ,erwähnte negative, die Vorgänge in der Röhre steuernde Ladung bilden
soll, lichtelektrisch wirksam sein, da sonst keine Ablösung der Elektronen durch
das Licht stattfindet. Bei der beschriebenen Versuchsanordnung war eine lichtempfindliche
Caesiumoxyd-Caesiumkathode als Hauptkathode 2 verwendet worden: Bei der Herstellung
einer solchen Kathode -ist es kaum zu vermeiden, daß auch andere Teile des Gefäßinnern:
eine wenn auch noch so dünne Schicht von Caesium erhalten. Dadurch war aber die
lichtelektrische Eigenschaft deserwähnten Wandungsteiles bereits gegeben. Strebt
man eine solche größere Wirkung an, kann. man natürlich den erwähnten Wandungsteil
_ mit den bekannten Mitteln zur 'Herstellung lichtempfindlicher Schichten noch besonders
empfindlich machen und somit die Wirkung vergrößern.
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Bei dem zur Erläuterung dienenden. Bespiel wurde als Kathode eine
Photokathode 2 verwendet. Es liegt im Sinne der Erfindung, daß man anstatt einer.
Photokathode aucheine beliebige andere Elektronenquelle, z. B. eine Glühkathode,
verwenden kann.- Maßgebend ist dabei immer nur, :daß die infolge der Lichtwirkung
sich - ändernde Rufladung der Glaswand eine sich entsprechend ändernde Wirkung auf
die zwnschen den beiden Hauptelektroden übergehende Entladung ausübt. Allerdings
macht die Anwendung einer Glühkathode in enger Nachbarschaft einer meist sehr empfindlichen
Photoschicht gewisse Schwierigkeiten. Man kann- diese Schwierigkeiten z. B.dadurch
umgehen, daß man Photokathode und Glühkathode in zwei getrennten Gefäßteilen unterbringt.
Eine solche Anordnung
wird etwa :durch Fig. 2 wiedergegeben. Das.
Entladungsgefäß 9 ist durch eine beispielsweise aus. :einem Isolierstoff bestehende
Wand io in zwei Teile ,geteilt. Der eine Raum enthält die Glühkathode i i und die
Hauptanode i2, ider andere Raum die lichtempfindliche Schicht 13 und eine Hilfsanode
14. Außerhalb der Gesamtanordnung oder innerhalb des Röhrenteils, indem sich die
Photoschicht befindet, ist wieder das, Drahtnetz 15 untergebracht. Die Scheidewand
io ist auf der von der Photoschicht 13 abgekehrten Seite mit einem leitenden. Belag
16 versehen. Für die Heizung der Glühkathode ist eine Batterie 17 vorgesehen. Die
Anordnung wirkt nun genau so wie die oben beschriebene, mit dem einzigen Unterschied,
@daß die Elektronen, welche durch das eingestrahlte Licht von der Fläche 13 abgelöst
werden, nicht zur Hauptanode, sondern zur Hilfsanode 14 ;gehen und vorn dieser wegtransportiert
werden. Ebenso wie bei der beschriebenen Anordnung bildet sich auf der Fläche 16
der Scheidewand i o eine negative Aufladung aus. Wenn die Scheidewand aus einem
Isolierstoff, beispielsweise aus Glas; besteht, wird eine leitende Verbindung 18
zwischen der Schicht 16 aus Metall und der Photoschicht 13 hergestellt. Diese Maßnahme
fällt weg, wenn die Wandung io ;aus. Metall angefertigt ist. Man kann sich nun die
Wirkung :so vorstellen: Die von der Kathode i i erzeugten Elektronen werden. teils
an nie Hauptanode 12, teils auf die Fläche 16 der Scheidewand i o gezogen und laden:
diese Fläche durch die Wirkung des Wechselfeldes negativ auf. Dadurch wird der Strom
-zur Anode 12 weitgehend herabgesetzt. Wenn nun durch Belichtung der Photokathode
auf der Scheidewand diese entladen wird, so fällt entsprechend der Entladung die
bremsende Wirkung der Scheidewand lauf den zwischen. der Kathode i i und der Anode
12 übergehenden Strom mehr und mehr fort, so daß dieser ansteigt. Es ist dabei ebenso
wie bei der erstbeschrieben-en Anordnung wichtig, den Durchgriff der Scheidewand
durch die Anode dem jeweils ,gewünschten Zwecke anzupassen. Desgleichen müssen auch
die Wirkungen der Spannungen des Drahtnetzes 15 und der positiven Hilfsanode i¢
in entsprechender Weise aufeinander ;abgestimmt werden. Mit einer derartigen Einrichtung
lassen :sich beträchtliche Ströme mittels kleiner Lichtenergie steuern.
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Besonders vorteilhaft gestaltet sich die Anwendung der erfindungsgemäßen
Anordnung dann, .wenn ,große Stromänderungen durch träge verlaufende Lichtschwankungen:
;geringer Intensität erzielt werden sohlen:, wie beispielsweise bei Dämmerungsschaltern
usw. Für viele Zwecke wird dann die Verwendung eines besonderen Verstärkers überflüssig.