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Gas- oder dampfgefülltes elektrisches Entladungsgefäß Es sind elektrische
Entladungsröhren mit Steuergitter bekannt, bei welchen das- Gitter mit einer Photoelektrode
verbunden ist, durch deren Bestrahlung mit Licht von wechselnder Intensität das
Potential des Steuergitters und damit der die Röhre durchfließende Strom verändert
werden kann. Diese Röhren wirken gewissermaßen als optische Relais, eignen sich
aber nicht zum Schalten von stärkeren Strömen. Um auch größere Ströme schalten zu
können, hat man die Verwendung eines gasgefüllten elektrischen Entladungsgefäßes
vorgeschlagen, das außer den Hauptelektroden noch eine Photoelektrode besitzt. Bei
Bestrahlung der Photoelektrode mit Licht liefert diese eine gewisse Anzahl von Elektronen
in den Raum zwischen den Hauptelektroden, so daß durch Ionisation des Füllgases
(-dumpfes) die Zündung zwischen den Hauptelektroden herbeigeführt wird. So ist z.
B. ein Photorelais bekannt, das aus flachen, einander in geringer Entfernung gegenüberstehenden
Elektroden und einem lichtempfindlichen Belag auf der Röhrenwand besteht. Diese
Anordnung hat den Nachteil, daß die an der Photoschicht ausgelösten Elektronen verhältnismäßig
schwer in den Raum zwischen den beiden Hauptelektroden eindringen können. Es ist
ferner bekannt, die Photokathode als Wandbelag auszubilden, der eine ringförmige
Anode von allen Seiten umgibt, in deren Nähe eine Kathode angebracht ist.
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Die Erfindung geht nun darauf -aus, ein gas-oder dampfgefülltes Entladungsgefäß
mit einer Anode und einer Kathode sowie einer lichtempfindlichen Elektrode, die
bei Bestrahlung mit Licht Elektronen in den Raum zwischen den Hauptelektroden aussendet
und so die Entladung zwischen diesen Elektroden auslöst, derart auszubilden, daß
bei allergrößter Empfindlichkeit der Anordnung auch eine hohe Lebensdauer erreicht
wird, d. h. daß die Photoschicht im Betriebe nicht durch den Aufprall
einer
größeren Anzahl von positiven Ionen beschädigt wird. Gemäß der Erfindung wird dies
in der Weise erreicht, daß die Photoelektrode, die vorzugsweise als Wandbelag ausgebildet
ist, den die Kathode enthaltenden Raumteil des Gefäßes umhüllt und daß der Kathode
und der Photoelektrode gegenüber eine Anode mit einer im Vergleich zur Kathodenfläche
kleinen Oberfläche derart angeordnet ist, daß sie von allen Stellen der Photoelektrode
einen größeren Abstand hat als von der Kathode. Dadurch erreicht man folgende vorteilhafte
Wirkung.
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Bei Belichtung der Photoelektrode gehen von der großen Oberfläche
dieser Elektrode überall Elektronen aus, die im wesentlichen in gerader Richtung
unmittelbar auf die der Hauptkathode zugekehrte Anodenoberfläche zustreben. Da die
Anode außerdem noch klein ist, entsteht vor dieser Fläche eine sehr hohe Stromdichte
und, wie sich herausgestellt hat, eine sehr intensive Trägererzeugung, so daß die
Vorbedingungen für das Zünden der Hauptentladung besonders günstig werden. Der gesamte
Elektronenstrom, der von der Photokathode ausgeht, wird dazu verwendet, gerade den
Teil des Gasinhaltes des Gefäßes, der zwischen den beiden Hauptelektroden liegt,
besonders kräftig zu ionisieren, so daß die Empfindlichkeit der Anordnung sehr groß
ist. Es gelingt, schon bei verhältnismäßig schwacher Belichtung der Photokathode
eine zum Zünden der Hauptentladung ausreichende Stromdichte vor der Anode zu erzeugen.
Die Hauptentladung geht im wesentlichen zwischen Hauptanode und Hauptkathode über,
da die gegenseitige Lage und die Abstände der Elektroden voneinander vorteilhaft
gewählt sind. Dadurch wird aber die Photokathode entlastet und verhindert, daß im
Betriebe die Photoschicht durch starken Ionenaufprall beschädigt bzw. zerstört wird.
Man erreicht also durch die Anordnung nach der Erfindung gleichzeitig eine hohe
Empfindlichkeit und große Lebensdauer.
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Ein Beispiel für die Durchführung des Erfindungsgedankens gibt die
Figur. Innerhalb des beispielsweise mit einem Edelgas von niedrigem Druck gefüllten
Glasgefäßes i sind die Betriebskathode 2 und die Anode 3 angeordnet. Ein Teil der
Gefäßwand in der Umgebung der Betriebskathode ist in der dargestellten ZVeise mit
einer lichtempfindlichen Schicht q. versehen, so daß die lichtempfindliche Schicht
den die Betriebskathode (Hauptkathode) enthaltenden Raum umschließt. Die Betriebskathode
ist über den Verbraucher 8 und die Spannungsquelle g mit der Anode des Entladungsgefäßes
verbunden.
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Die Entladung zwischen den Hauptelektroden wird durch Bestrahlung
der photoelektrischen Schicht mit Licht eingeleitet. Dadurch wird die Photoschicht
zur Aussendung von Elektronen angeregt, welche nach der Anode zu fliegen und auf
ihrem Wege Ionen erzeugen. Dadurch wird bei einer gewissen Intensität des eingestrahlten
Lichtes die Stromdichte vor derAnode, auf die es für die Zündung einer Entladung
zwischen Anode und Betriebskathode besonders ankommt, verhältnismäßig groß und die
Vorbedingungen für den Übergang einer selbständigen Entladung zwischen den beiden
Hauptelektroden sind damit geschaffen. Allerdings muß auch bei der Bemessung der
Abstände zwischen den Elektroden bzw. den Elektroden und der Photoschicht so vorgegangen
werden, daß die Hauptentladung tatsächlich zwischen Anode und Betriebskathode übergeht.
Dazu genügt es, wenn man den Abstand zwischen den beiden Hauptelektroden kleiner
wählt als den Abstand zwischen der Anode und dem ihr zunächstliegenden Teil der
Photoschicht. Als besonders vorteilhaft hat sich ein Abstandsverhältnis von i :
1,s ergeben. Diese Bemessung der Abstände zusammen mit der hohen, vor der Anode
herrschenden Stromdichte begünstigen den Übergang einer Entladung zwischen den Hauptelektroden,
so daß die Zündung tatsächlich zwischen diesen beiden Elektroden erfolgt und, wie
die praktischen Versuche ergeben haben, die Photoschicht im Betriebe so gut wie
gar nicht belastet wird.
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Die hohe Stromdichte vor der Anode ist offenbar auf die große Konzentration
metastabiler Atome zurückzuführen, welche sich vor der Anode einstellt und eine
Herabsetzung der Zündspannung um einen ziemlich hohen Prozentsatz, beispielsweise
3o bis 3ö°", zur Folge hat. Um diese hohe Konzentration zu erhalten, ist es wesentlich,
daß die metastabilen Atome keine ausgebreiteten Flächen vorfinden, an denen sie
ihre Ladung abgeben können; man wird daher der Anode eine möglichst kleine Fläche
geben.
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Selbstverständlich kann man die Photoschicht anstatt auf der Glaswand
auch auf einen Tragkörper (Schirm) anbringen.
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Als Elektronenquelle (Betriebskathode) kann man sowohl eine kalte
Kathode als auch eine in beliebiger Weise beheizte Oxydkathode verwenden. Im letzteren
Falle muß durch Anordnung geeigneter Schirme in der Umgebung der Kathode oder in
der Entladungsbahn die Zündung einer Entladung zwischen den Hauptelektroden erschwert
«erden, derart, daß erst bei Auslösung eines entsprechend starken Elektronenstromes
durch das eingestrahlte Licht die Spannung so weit herabgesetzt wird, daß die Zündung
der Hauptentladung stattfindet.
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In der Figur ist noch ein im Kreise der Photokathode liegender Ohmscher
Widerstand 7 gezeichnet. Dieser Widerstand braucht nicht
groß zu
sein, da er lediglich bei Überspannungen zur Begrenzung des Photostromes dient.
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Bei Einschaltung eines derartigen Widerstandes zur Begrenzung des
Photostromes ergibt sich die Notwendigkeit, die Hauptkathode und Photokathode voneinander
zu isolieren. Man ordnet daher die Einschmelzstelle für den Zuführungsdraht der
Hauptkathode in einem Ansatz des Gefäßes an, welcher eine Einengung 6 besitzt. Die
aufgedarnpftePhotoschicht kann dann keinen Kurzschluß mit dem Stromzuführungsdraht
der Betriebskathode bekommen.
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Durch die Wahl der angelegten Spannung läßt sich die Empfindlichkeit
des Ansprechens der Röhre regeln. Liegt die angelegte Spannung sehr weit unterhalb
der Zündspannung der Entladung im Dunkeln, dann ist die Empfindlichkeit geringer;
sie wird größer, je näher die angelegte Spannung der Zündspannung im Dunkeln kommt.
An sich ist die Empfindlichkeit der Anordnung nach der Erfindung sehr groß, so daß
man Stoffe für den lichtelektrischen Belag wählen kann, welche mechanisch widerstandsfähig
sind, dafür aber eine geringere lichtelektrische Empfindlichkeit besitzen. Durch
die Vorteile der besonderen Anordnung wird dieser Mangel an Empfindlichkeit so weit
kompensiert, daß er praktisch nicht fühlbar wird. So wurden beispielsweise mit Photoschichten
aus metallischem Barium oder aus Kaliumoxyd gute Erfolge erzielt.
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Die neue Röhre eignet sich sowohl für Einschaltung in Gleichstrom-
als auch in Wechselstromkreise. Im letzteren Falle gewinnt man den Vorteil, daß
die Entladung nach Aufhören der Lichteinwirkung auf die Photoschicht erlischt. Das
gleiche gilt, wenn die Röhre in einer bekannten Kippschwingschaltung betrieben wird.