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Lichtelektrisches Sekundärelektronenrelais Es ist bekannt, daß sekundärstrahlende
Elektroden eine teilweise negative Kennlinie besitzen. Diese Eigenschaft , der Kennlinie
läßt sich zu Relaiszwecken verwenden. Ist z. B. in einer Dreielektrodenröhre (Kathode,
Anode, sekundärstrahlende Elektrode) die Kathode über einen hochohmigen Widerstand
mit der sekundärstrahlenden Elektrode verbunden bei gleichzeitigem hohem positiven
Potenital der Anode und gelingt es durch irgendeine Maßnahme, die sekundärstrahlende
Elektrode auf ein so hohes positives Potential zu heben, daß der Beginn der abfallenden
Kennlinie erreicht ist, so bewirkt die Sekundärstrahlung ein immer stärkeres Positiverwerden
der sekundärstrahlenden Elektrode, das sich so lange fortsetzt, bis das Potential
der sekundärstrahlenden Elektrode annähernd das Potential der Anode erreicht hat.
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Der Anstoß zu dieseln Vorgang kann nun erfindungsgemäß durch Belichtung
der alsdann lichtempfindlich zu wählenden sekundärstrahlenden Elektrode gegeben
werden. Das Licht löst dann ,an der sekundärstrahlenden Elektrode Elektronen aus,
wodurch ihr Potential positiver wird; die lichtelektrisch ausgelösten Elektronen
können die Elektrode jederzeit ungeachtet ihres positiven Potentials verlassen,
weil die Anode .auf weit höherem positivem Potential liegt. Die Kennlinie der sekundärstrahlenden
unbelichteten Elektrode, wie sie in der Abb. i, in der der Elektronenstro@m J zur
Sekundärelektrode über der Spannung U dieser Elektrode gegen die Kathode aufgetragen
ist, etwa durch die Kurve a, dargestellt ist. wird durch den an der Elektrode lichtelektrisch
ausgeliisten Elektronenstrom je nach der Stärke der Belichtung mehr oder weniger
tief gelegt (Kurve b, c und tl in Abb. i ).
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Die Erfindung betrifft denuiach ein lichtelektrisches Relais, bei
dein eine El@°ktroa.enröhre mit einer Elektronenquelle, einer Anode und einer zur
Emission von Sekundärelektronen geeigneten Hilfselektrode, die mit der Elektronenquelle
über einen hocliohmig.-n Widerstand verbunden ist, 'Verwendung findet. Nach der
Erfindung ist die Hilfselektrode lichtelektrisch empfindlich und dient als Belichtungselektrode
des Relais, derart, daß bei einer kritischen Belichtung der .%rbeitspunkt auf der
Stromspannungkennlinie der Hilfselektrode von einem stabilen Bereich r1,
B, C
in einen anderen, Z, Y, springt und dementsprechend der Anodenstrom
plötzlich eine starke Änderung erfährt. :Ulan versteht die Wirkungsweise des Relais
an Hand der Abb. i : Mit r ist die Widerstandsgerade des Kreises Elektronenquelle,
Sekundärelektrode bezeichnet. Bei geringer Belichtung
verbleibt
die Anordnung in den stabilen Schnittpunkten A, B zwischen der Geraden r
und den Kurven a, b usf. Bei der Kurve c jedoch, die im Punkt C die Widerstandsgerades
nur berührt, befindet sich die Anordaung im labilen Zustand, und es stellt sich
der stabile Punkt Z der Kennlinie ein, in dem die Kurve c abermals die Widerstandsgerade
schneidet. Bei noch höherer Belichtung, entsprechend der Kurve a'., wandert der
Arbeitspunkt von Z nach Y. Der von der Elektrode weggehende Elektronenstrom nimmt
also bei der kritischen, der Kur ve r :entsprechenden Belichtung plötzlich außerordentlich
stark zu. Dasselbe gilt für den zur Anode fließenden Strom, der sich aus diesem
Strom und dem unmittelbar von der Kathode kommenden Strom zusammensetzt. Die Anordnung
läßt sich also für ein bei dieser Belichtung ansprechendes Relais verwenden.
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Es ist zwar eine lichtelektrische Zelle mit einer ebenen Photokathode,
einer ebenen (unter Umständen ebenfalls lichtelektrisch empfindlichen) Sekundärelektrode
und einer zwischen beiden liegenden gitterförmigen Anode bekannt. Da die Sekundärelektrode
hier auf festem Potential gegenüber der Kathode liegt, kann diese Röhre jedoch zu
Relaiszwecken nicht benutzt werden. Das gleiche gilt für eine Röhre, bei der eine
sekundäremittierende Hilfselektrode über leinen Widerstand mit der Anode verbunden
ist und die in dem Arbeitspunkt betrieben wird, bei dein kein Strom durch den Widerstand
fließt. Infolgedessen befindet sich die Röhre im Gegensatz zu dem Relais nach der
Erfindung, das bei kleiner Belichtung in einem ersten stabilen Bereich
A, B arbeitet, um erst bei höherer Belichtung in ein labiles Gebiet C zu
kommen, bei jeder noch so kleinen Belichtung in labilem Zustande. Ferner ist eine
auch zu Relaiszwecken verwendete Photozelle mit einer Photokathode, einer Anode
und einer sekundärstrahlenden Elektrode, die mit der Kathode durch einen hochohmigen
Widerstand verbunden ist, bekannt. Während aber in den bisherigen .Anordnungen die
Photokathode dem eingestrahlten Licht ausgesetzt wurde, wird in der Röhre nach der
Erfindung nahezu der volle Lichtstrom auf die sekundärstrahlende Elektrode, die
zu diesem Zwecke lichtelektrisch empfindlich sein muß, gelenkt und als Elektronenquelle
eine von der Belichtung völlig oder doch nahezu unabhängige Anordnung, beispielsweise
eine Glühkathode, eine kalte Kathode oder ein als Kathode dienender Sekundärelektronenvervi-elfacher,
verwendet.
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Das Relais nach der Erfindung hat vor den bisherigen wesentliche Vorzüge.
Soll es nämlich auf eine andere Beleuchtungsstärke ansprechen, so kann in einfachster
Weise der durch die Belichtung der sekundärstrahlenden Elektrode hervorgerufene
Elektronenstrom völlig unabhängig von dem von der Kathode ausgehenden Elektronenstrom
gesteuert werden, ohne daß etwa der Anodenstrom dadurch unter das erträgliche Maß
herabgesetzt würde. Das Ansprechen auf eine bestimmte Belichtungsstärke läßt sich
daher durch Änderung des Elektronenstromes von der Elektronenquelle stetig ändern.
Dies könnte nach der Erfindung beispielsweise für eine Glühkathode durch Änderung
der Stromstärke im Glühdralitstromkreis geschehen oder aber zwecks empfindlicherer
Einstellmöglichkeit beispielsweise durch die sonst in Elektronenröhren übliche Änderung
der Spannung eines oder mehYerer Steuergitter.
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Außer dieser bequemen kontinuierlichen Einstellbarkeit des Ansprechbereiches
lief; rt das Relais nach der Erfindung ganz erheblich gesteigerte Ströme, da die
volle Lichtintensität unmittelbar zur Steuerung verwendet wird. Sie können weiterhin
dadurch erhöht werden, daß eine Vorspa.nnung nvischen Kathode und Sekundärelektrode
gelegt wird, durch die die Kathode negativ gegen die sekundärstrahlende Elektrode
gemacht wird. Im Gegensatz zu den bisherigen Anordnungen mit belichteter Photokathode.
bei denen eine solche Vorspannung nur eine Veränderung der Ansprechbeleuchtungsstärke
bewirkt, hat sie in der Anordnung nach der Erfindung zur Folge, daß z. B. bei gleicher
Ansprechbeleuchtungsstärk.e ein entsprechend höherer Elektronenstrom von der Glühkathode
'her benutzt werden kann. Es kann, .also der Elektronenstrom in dem Relais durch
die Wahl der Vorspannung zwischen der Kathode und der sekundärstrahlenden Elektrode
° entsprechend dem weiteren Verwendungszweck des Ausgangsstromes bei gleichbleibender
Ansprechbeleucbtungsstärke weitgehend verändert werden.
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In manchen Fällen ist es von Vorteil, das Relais beispielsweise im
Brennpunkt eines Hohlspiegels oder hinter einer Sammellinse großer Apertur (bis
über i 8o' öfl=nungswinkel) zwecks voller Ausnutzung des steuernden Lichtes anzubringen.
Die Elektronenröhre kann dann einen Ausgangsstrom liefern, der beträchtlich über
demjenigen der bekannten Photorelais liegt, so daß in manchen Fällen, in denen bisherig
eine Verstärkung des Ausgangsstromes für die weitere Verwendung notwendig war, jetzt
eine unmittelbare Verwendung des Ausgangsstromes ohne weitere Verstärkung -möglich
ist.
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Abb. a stellt ein Relais nach der Erfindung beispielsweise dar. In
der Röhre ist i die Elektronenquelle, die hier als Glühkathode gezeichnet ist, 2
die als Blende ausgebildete
Anode, 3 die Sekundärelektronenplatte.
Zwischen i und 2 liegt die (nichteingezeichnete) Anodenspannungsquelle, zwischen
i und 3 ein hochohmiger Widerstand.4 von der Größenordnung i bis iooo Megohm sowie
eine einstellbare Spannungsqu lle 5. Der Anodenstrom wird an 6 abgenommen. Mit 7
und 8 sind die in vielen Fällen wünschenswerten Steuergitter bezeichnet, die jedoch
auch fehlen rönnen. Die Einrichtungen zur Regelung der Emission der Elektronenquelle
i sind nicht eingezeichnet. Für den Fall, daß als Elektronenquelle ein Sekundärelektronenvervielfacher
Verwendung findet, können sie in bekannter Weise so ,ausgebildet sein, daß sie eine
Verstimmung des Vervielfachers bewirken. Zum Betrieb des Vervielfachers genügt oft
das Streulicht des auf die Platte 3' auffallenden Lichtes, dessen Intensität für
die Emission des Vervielfachers keine Rolle spielt, da man die Endverstärkung bekanntlich
so einrichten kann, daß sie von der Anfangsemission unabhängig ist. Schließlich
kann eine weitere Vorrichtung vorgesehen sein, die bei dem plötzlichen Ansteigen
des Anodenstromes den von der Elektronenquelle i ausgehenden Strom kurzzeitig unterbricht
oder genügend verkleinert, so daß die Röhre nach Ansprechen des Relais wieder in
den Anfangszustand versetzt wird.