DE748676C

DE748676C - Anordnung zur Erzeugung von Kippschwingungen mittels gittergesteuerter, mit Gluehkathode ausgestatteter Gasentladungsroehren

Info

Publication number: DE748676C
Application number: DE1936748676D
Authority: DE
Inventors: Paul Drewell
Priority date: 1936-03-29
Filing date: 1936-03-29
Publication date: 1944-11-08

Description

Anordnung zur Erzeugung von Kippschwingungen mittels gittergesteuerter, mit Glühkathode ausgestatteter Gasentladungsröhren Es ist bekannt, gittergesteuerte Gasentladungsröhren mit Glühkathode zur Erzeugung von Kippschwingungen zu benutzen. Dabei wird zumeist ein Kondensator über einen Widerstand oder über eine Hochvakuumelektronenröhre von einer Gleichstromquelle aufgeladen und -dann über die Gasentladungsröhre, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Widerstandes, entladen. Nach der Entladung des Kondensators verlischt die Röhre, und der Vorgang wiederholt sich. Das Löschen der Gasenladungsröhre ist dadurch zu erklären, daß sich während der Kondensatorentladung in der Röhre eine sehr große Anzahl von Ladungsträgern bildet, die nur zum kleinen Teil der Glühkathode entstammen, zum größten Teil durch Stoßionisation im Entladungsraum gebildet werden. Da die Ionen, die hier infolge der intensiven Stoßionisation einen besonders großen Anteil an der Stromleitung durch die Röhre haben, eine verhältnismäßig Eieine Geschwindigkeit haben und daher eine bestimmte Zeit notwendig ist, um sie aus der Entladungsbahn -zu entfernen -- (Entionisierungszeit), sind am Ende der Kondensatorentladung noch mehr Ionen in der Entladungsbahn, als es der jeweiligen _ Kondensatorspannung entspricht. Infolgedessen sinkt die Anodenspannung der Röhre unter die statische trennspannung, und- zwar um so tiefer, je größer die Anzahl der Ionen ist. Die kleinste Anodenspannung wird dann erreicht, wenn die Ionenzahl noch- gerade ausreicht, den ständig über den Ladewiderstand zufließenden Strom durch die Röhre abzuleiten. Dieser Zustand kann aber nicht stabil sein, da infolge der kleinen Anodenspannung keine Ionen neu gebildet werden können, so daß Ionenmangel eintreten muß, und die Entladung verlischt. Steigert man nun den Ladestrom, so gelangt man schließlich zu einem Wert, bei dem der Kondensator nicht mehr genügend weit unter die statische Brennspannung der Röhre entladen wird, so daß die Gasentladung nicht mehr gelöscht werden kann. Die Röhre brennt dann mit dem Ladestrom stationär «-eiter, und die Schwingung reißt ab. Die maximal erreichbare Größe des Ladestromes und damit die maximal erreichbare Frequenz der Kippschwingungen ist also weitgehend von der Anzahl der bei der Kondensatorentladung in der Röhre gebildeten Ionen abhängig.
Erfindungsgemäß ist zur Entlastung der Glühkathode in der Röhre außer den drei Hauptelektroden (Kathode, Gitter, Anode) eine kalte Hilfselektrode zwischen Gitter und Kathode angeordnet; diese ist mit der Kathode leitend verbunden und schirmt die Kathode der Röhre gegen die Entladung weitgehend ab; ferner übernimmt sie einen wesentlichen Teil des Entladungsstromes.
Bei Versuchen an Dreielektrodengasentladungsröhren mit Glühkathode hat sich nämlich gezeigt, daß der Strom bei der Kondensatorentladung im Maximum ein Vielfaches, größenordnungsmäßig das Hundertfache, des Stromes sein kann, den die Kathode rein thermisch als Elektronenstrom emittieren kann. Dieser überstrom läßt sich durch die Stoßionisation im Gasraum nicht allein erklären, man muß vielmehr annehmen, daß an der Kathode sehr viel Elektronen durch den Aufprall schneller Ionen ausgelöst werden. Diese Annahme wurde dadurch bestätigt, daß die Messung des bei der Kondensatorentladung auftretenden Gitterstromes Werte ergab, die in der gleichen Größe lagen wie der Kathodenstrom, unter Umständen sogar größer waren. Durch reinen Iottenein-Strom lassen sich diese Gitterströme nicht erklären, es muß vielmehr auch hier eine Elektronenablösung durch die mit großer Geschwindigkeit aufprallenden Ionen vorliegen. Solche Gitterströme lasen sich natürlich nur erreichen, wenn im äußeren Gitterkreis kein größerer Ohmscher oder induktiver Widerstand liegt. Da das Gitter aber in erster Linie zur Steuerung des Zündeinsatzes der Entladung dient, sind solche Widerstände im allgemeinen unumgänglich notwendig, so daß der Gitterstrom klein gehalten werden muß. Damit ist aber, wie sich gezeigt hat, eine erhebliche Verkleinerung des Entladungsstromes verbunden. Das hat - zunächst zur Folge, daß die für die Kondensatorentladung benötigte Zeit, die in vielen Fällen möglichst kurz sein soll, größer wird, vor allem sinkt aber wegen der kleineren Zonenzahl der maximal erreichbare Ladestrom und damit die maximal erreichbare Schwingungsfrequenz aus den oben dargelegten Gründen stark ab.
Nach der Erfindung wird nun im Entladungsraum eine großflächige, kalte Hilfselektrode angeordnet, die so mit der Kathode verbunden ist, daß der durch Ioneneittstrom und Elektronenablösung hervorgerufene Strom dieser Hilfselektrode durch die äußere Schaltung nicht oder nicht wesentlich begrenzt wird. Diese Hilfselektrode l wird zwischen Gitter und Kathode angebracht. Die Hilfselektrode kann entweder direkt mit der Kathode verbunden «-erden. man kann aber auch eine Spannungsquelle z\vischen sie und die Kathode schalten, um ihr eine bestimmte Voxspannung gegenüber der Kathode zu geben. Diese Spannttrigsquelle muß entweder selbst einen verhältnismäßig kleinen inneren Widerstand besitzen, oder man muß ihren Widerstand durch äußere Mittel, z. B. durch Parallelschalten eines Kondensators, klein machen. In letzterem Falle hat man den Vorzug. daß die Spannungsquelle nicht mit so hohen Stromspitzen belastet wird. wie es ohne einen parallel geschalteten Kondensator der Fall ist.
Die Hilfselektrode ist ferner so angeordnet, daß sie die Glühkathode weitgehend gegen die Entladung abschirmt. Die Lebensdauer der Glühkathode im Kippschwingbetrieb der Röhre ist auf diese Weise wesentlich vergrößert. Bekanntlich wird die aktive Schicht einer thorierten Wolframkathode oder einer Oxvdkathode schnell zerstört, wenn sie von Ionen getroffen wird, deren Geschwindigkeit eine bestimmte Größe überschreitet. Ionen hoher Geschwindigkeit lassen sich bei der direkten Kondensatorentladung über eine Gasentladungsröhre jedoch nicht vermeiden. Bildet man nun die Hilf- ' elektrode so aus, daß sie die Kathode weitgehend gegen die Entladung abschirmt, «-erden von ihr alle oder wenigstens fast alle schnellen Ionen abgefangen, so daß die Zerstörung der Kathode vermieden wird. Damit wird natürlich auch die Elektronenablösung durch Ionenaufprall an der Kathode weitgehend beseitigt, so daß nunmehr die Hilfselektrode den Hauptteil des Stromes bei der Kondensatorentladung zu liefern hat, während der Kathode die Aufgabe zufällt, die Entladung des Kondensators schlagartig einzuleiten.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die Elektronenablösung durch Ionenaufprall an der Hilfselektrode dadurch vergrößert, daß die Hilfselektrode aus einem Stoff hergestellt oder mit einem Stoff bedeckt wird. der eine kleine Elektronenaustrittsarbeit besitzt, wie z. B. Erdalkalimetalle. Die Zündung einer selbständigen Entladung zwischen Hilfselektrode und Anode ist durch das Gitter der Röhre verhindert.
Rein äußerlich hat die vorstehend beschriebene Röhre gewisse Ähnlichkeit mit den an sich bekannten Doppelgittergasentladungsröhren, die in Gleich- oder Wechselrichterscllaltungen Verwendung finden. Sinn und Zweck des Einbaus eines zweiten Gitters in diese Gasentladungsröhren ist aber ein ganz anderer als der durch Einbau der Hilfselektrode bei- der Erfindung beabsichtigte. Das zweite Gitter in den normalen Gasentladungsröhr enwird stets zur Verbesserung der Steuerfähigkeit der Röhre eingebaut, sei es nun,. daß die Verbesserung durch eine besondere, zumeist regelbare Hilfsspannung an diesem Gitter erreicht wird, oder sei es, daß das zweite Gitter das Hauptgitter vor thermischen und 'elektrischen Einflüssen oder vor der Bestäubung mit aktivem Material von der Kathode her schützen soll. Wenn sich die der Erfindung entsprechende Hilfselektrode unter Umständen auch , als zweite Steuerelektrode benutzen läßt; so ist das doch nur eine zufällige und unbeabsichtigte Nebenerscheinung. Der Zweck der Hilfselektrode bei der Gasentladungsröhre nach der Erfindung ist indessen, bei der Kondensatorentladung über die Röhre einen möglichst großen Strom aufzunehmen, um so einerseits den, Entladungsvorgang zü verkürzen,. andererseits die Erzielung einer möglichst hohen Schwingungsfrequenz zu gestatten.
Andererseits sind aber auch schon gittergesteuerte Gasentladungsröhren bekannt, die außer den drei Hauptelektroden (Glühkathode, Anode und Gitter) zwischen Kathode und Gitter eine kalte Hilfselektrode enthalten, die mit der Kathode leitend verbunden ist und die Kathode gegen die *Entladung weitgehend abschirmt. Es wurde aber bisher noch nicht angegeben, solche Gasentladungsröhren in Anordnungen zur Erzeugung von Kippschwingungen, -bei denen ein aufgeladener Kondensator periodisch stoßartig über die Gasentladungsröhre entladen wird, zu verwenden. Bei einer solchen Verwendungsart der an sich bekannten Röhren ergeben sich die dargelegten Vorteile bezüglich der Erhöhung der Kippschwingungsfrequenz bei großen Entladungsströmen und äußerster Schonung der Glühkathode.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: , i. Anordnung zur Erzeugung von Kippschwingungen mittels gittergesteuerter, mit Glühkathode ausgestatteter Gasentladungsröhren, bei der ein aufgeladener Kondensator periodisch stoßartig über die Gasentladungsröhre entladen wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Entlastung der Glühkathode in der Röhre außer den drei Hauptelektroden (Kathode, Gitter, Anode) eine kalte Hilfselektrode zwischen Gitter und Kathode angeordnet ist, die mit der Kathode leitend' verbunden ist und die Kathode der Röhre gegen die Entladung weitgehend abschirmt und ferner einen wesentlichen Teil des Entladungsstromes übernimmt.
2: Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfselektrode aus einem Stoff mit kleiner Elektronenaustrittsarbeit besteht oder mit einem solchen Stoff bedeckt ist.
3. Anordnung nach Anspruch i oder-2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Kathode und Hilfselektrode der Röhre eine Spannungsduelle, vorzugsweise mit kleinem innerem Widerstand, eingeschaltet ist.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu der in der Leitung Katlio@de-Hilfselelctrode befindlichen Spannungsquelle ein Kondensator geschaltet ist. Zur Abgrenzung des Anmeldungsgegenstandes vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: deutsche Patentschriften ... Nr. 430 101, 341 462, 497 918, 496 566, -495 466 französische Patentschriften Nr. 675 783, 770:263; britische Patentschriften . . , - 387 123, 385 191; schweizerische Patentschrift - 14.98i7; LTSA.-Patentschriften ..... - 1 402 931, 1 995 176.