DE886635C - Gasentladungsroehre - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Gasentladungsröhren derjenigen Art, bei welchen ein ionisierbares Medium als Träger der Entladung dient.

In den bisher bekannten Gasentladungsröhren, beispielsweise in gittergesteuerten Gas- oder Dampfentladungsröhren mit lichtbogenartiger Entladung, wirken dem Steuergitter, welches sich im Wege des Ionisierungsstromes befindet, Dichteschwankungen des Plasmas entgegen. Wenn beispielsweise das Gitter zur Verkleinerung des Entladungsstromes stärker negativ gemacht wird, findet eine stärkere Ionisierung statt, welche der gewünschten Stromverkleinerung entgegenwirkt. Wenn man nämlich durch den Strom das aus freien Elektronen und positiven Ionen bestehende Plasma aufrechterhalten will, ist der Einfluß einer Potentialverlagerung des Gitters in negativer Richtung verschwindend gering. Es sind bereits verschiedene Vorschläge gemacht worden, um mittels eines Steuergitters eine stetige Steuerbarkeit der Entladung zu erreichen.

Ein Hauptzweck der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Gasentladungsröhre zu schaffen, in welcher eine Elektrode den Entladungsstrom stetig steuern oder modulieren kann. Weiterhin hat die Erfindung den Zweck, eine Gasentladungsröhre anzugeben, bei der diese Stromsteuerung mit sehr hohen Frequenzen vor sich gehen kann und deren Innenwiderstand sehr niedrig ist.

Durch die Erfindung wurde festgestellt, daß' ein' Steuerelektrode oder ein Gitter, welches in ein Plasma von freien Elektronen und positiven Ionen eintaucht, eine stetige Steuerung eines Strome: bewerkstelligen kann, der im folgenden als Hauptstrom bezeichnet werden soll, soweit kein getrennter Strom, welcher das Plasma aufrechterhält, vorhanden ist und durch die Potentialschwankungen des Gitter: beeinflußt wird. Dieser letztere Strom soll Ionisierungsstrom oder Hilfsstrom genannt werden. Der ganze Hauptstrom kann schon bei geringen Änodenspannungen von ι oder 2 -V fliessen, wenn eine genügend hohe Spannung an der Strecke zur Aufrechterhaltung des Ionisierungs- oder Hilisstromes zur Aufrechterhaltung der Ionisierung liegt. Es konnte gezeigt werden, daß bei einer solchen Einrichtung, bei der das Plasma vom Anfang bis zum Ende des Hauptstromentladungsweges reicht, eine Steuerelektrode den Hauptstrom zu modulieren" vermag, ao und zwar sogar mit sehr hohen Frequenzen. Ferner ließ sich feststellen, daß eine Schicht von positiven Ionen, welche sich um die Steuerelektrode herum bildet, wenn diese negativ vorgespannt ist, mit einer Zunahme und Abnahme des negativen Gitterpotentials in ihrer Dicke zu- und abnimmt. Die Dicke dieser aus positiven Ionen bestehenden, das Steuergitter umgebenden Schicht ändert sich mit den Gitterpotentialschwankungen, weil die Plasmadichte konstant ist. Die positive Ionenschicht kann somit die Gitteröffnungen für den Fluß des Hauptstromes einschnüren oder sogar vollständig verschließen.

Eine Gasentladungsröhre gemäß der Erfindung besteht aus einem abgeschmolzenen Kolben, der ein ionisierbares Medium enthält. Die Röhre enthält ferner dem Belastungsstrom zugeordnete Elektroden, und zwar wenigstens eine Hauptkathode und eine Hauptanode, die eine zur Elektronenemission bzw. eine zum Elektronenaufprall bestimmte Fläche besitzen. Diese beiden Flächen bilden die beiden Enden des Hauptentladungsweges, Ferner besitzt die Röhre eine Hilfsentladungseinrichtung, welche aus wenigstens einer Hilfselektrode zur Erzeugung einer die Gasfüllung ionisierenden Elektronenentladung besteht, wobei diese Elektronenentladung längs eines Weges vor sich geht, welcher nicht mit dem obenerwähnten Hauptentladungsweg zusammenfällt und zur Bildung eines leitfähigen Plasmas dient, welches normalerweise vom Anfang bis zum Ende des Hauptentladungsweges reicht. Schließlich ist in dieser Röhre noch eine Steuerelektrode vorhanden, um den Stromdurchgang durch den Hauptentladungsweg mittels des erwähnten Plasmas zu beeinflussen. Fig. ι ist ein Querschnitt längs der Ebene 1-1 der in Fig. 2 dargestellten, gemäß der Erfindung ausgebildeten Gasentladungsröhre;

Fig. 2 ist ein Längsschnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3, 4 und 5 stellen Querschnitte durch andere Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Gasentladungsröhren dar;

Fig. 6 ist ein Querschnitt durch eine weitere erfindungsgemäße Gasentladungsröhre; Fig. 7- ist ein "Längsschnitt längs der Ebene 7-7" in Fig. 6, und

Fig. 8 ist ein Querschnitt durch eine zu Mischzwecken dienende Gasentladungsröhre;

Fig. 9 ist ein Längsschnitt längs der Ebene 9-9 in Fig. 8, und

' Fig. 10 schließlich zeigt Stromspannungskurven der Röhre nach Fig. 1.

In Fig. ι und 2 besteht die Gasentladungsröhre 10 aus einem gasdichten Kolben 11, der in Fig. 2 nur teilweise dargestellt ist. Die Röhre ist mit einem üblichen Preßfuß 12 ausgestattet, durch welchen die Einführungsdrähte hiadurchlaufen. Eine indirekt geheizte, mit Oxyd überzogene Kathode 13 zur Lieferung des Hauptstromes wird zwischen einer oberen und unteren, beispielsweise aus Glimmer bestehenden Scheibe 14 bzw. 15 gehalten. Ein U-förmiges Steuergitter 16 und eine U-förmige Anode 17 sind ebenfalls an den Scheiben 14 und 15 befestigt und umschließen zum Teil die Kathode 13. Das Gitter 16 besteht aus zwei U-förmigen Trägern 18 und 19, zwischen denen mehrere parallele Gitterdrähte 20 verlaufen. Die Gitterdrähte 20 haben einen verhältnismäßig großen Abstand voneinander und dürfen normalerweise die Diffusion des Plasmas nicht beeinträchtigen. Der Haltedraht 21, der durch die Glimmerscheiben 14 und 15 hindurchreicht, dient zur Befestigung des Gitters. Eine blechförmige Anode 17 ist mittels der Haltedrähte 22 ebenfalls zwischen den Glimmerscheiben 14 und 15 befestigt. An der offenen Seite des U-förmigen Gitters 16 und der U-förmigen Anode 17 ist eine zylindrische Fokussierungselektrode 23 angebracht, die ebenfalls mittels der angeschweißten Haltedrähte 24 zwischen den Glimmerscheiben 14 und 15 befestigt ist. Konzentrisch zur Fokussierungselektrode 23 liegt eine Ionisierungs- oder Hilfskathode 25. Diese Hufskathode soll vorzugsweise, wie in Fig. 1 angedeutet, eine indirekt geheizte.Oxydkathode sein, ebenso wie die Kathode 13.

Die Hauptkathode 13 und die Hilfskathode 25 besitzen beide eine übliche Nickelhülse, innerhalb deren induktionsfreie Heizfäden 27 bzw. 28 verlaufen. Wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, ist die Fokussierungselektrode 23 mit einem schmalen Spalt 26 versehen, der in der Verbindungsebene liegt, welche durch die Längsachsen der Hauptkathode 13 und der Hilfskathode 25 gelegt werden kann. Durch eine derartige, mit einem solchen schmalen Schlitz versehene Fokussierungselektrode 23 hat sich die gewünschte Ionisierung mit einem beträchtlich kleineren Leistungsaufwand im Vergleich zu ähnlichen Einrichtungen ohne eine solche Fokussierungselektrode erreichen lassen. Wie in Fig. 2 dargestellt, ist der eine der Gitterdrähte 20 an einen im Preßfuß 12 eingeschmolzenen Zuleitungsdraht 29 angeschlossen. Der eine der Anodenhaltedrähte 22 ist mit dem Halte- und Einführungsdraht 30 und der Haltedraht 24 der Fokussierungselektrode mit dem Halte- und Einführungsdraht 31 verbunden. Beide Elektrodenträger 30 und sind ebenfalls durch den Fuß 12 hindurchgeführt und dienen als Hauptträger für den Elektrodenaufbau auf'dem Glasfuß. Die Einführungsdrähte32 und 33

liegen am Heizelement 27 und der Einführungsdraht 32 gleichzeitig an der Kathodenhülse der Kathode 13. Ebenso ist die Hilfskathode 25 mit dem einen Einführungsdraht 34 verbunden, während die Enden des Heizelementes 28 an den beiden Einführungsdrähten 34 und 35 liegen.

Die Gasentladungsröhre 10 wird in der üblichen Weise hergestellt und vor der Abschmelzung mit einer Gasfüllung versehen. Es kann jedes geeignete Gas oder jede geeignete Gasmischung verwendet werden. Der Gasdruck wird entsprechend dem jeweiligen Kolben, der Elektrodenform und den Elektrodenabständen gewählt. Der Gasdruck scheint auch nicht kritisch zu sein, abgesehen davon, daß vorzugsweise ein Druck verwendet werden soll, der die Bildung einer selbständigen Ionenentladung begünstigt. Bei der oben beschriebenen Röhre, die etwa im Maßstab 2 :i dargestellt wird, wird ein Heliumdruck von etwa 750 μ Hg verwendet.

Die Abstände zwischen den Gitterdrähten 20 werden vorzugsweise groß gegenüber der mittleren freien Weglänge eines positiven Ions in dem Gas gewählt. Bei der oben beschriebenen Röhre ist der Gitterdrahtabstand außerdem groß gegenüber der freien Elektronenweglänge im Gas. Praktisch kann der Gasdruck 'zwischen 100 μ und mehreren Millimetern Hg liegen.

Zum Betrieb der Röhre 10 werden normalerweise die Hilfselektrode 25 und die Fokussierungselektrode 23 zusammengeschaltet und über einen Strombegrenzungswiderstand 37 an den negativen Pol einer Spannungsquelle 36 angeschlossen. Die Hauptkathode 13 wird an den positiven Pol dieser Spannungsquelle 36 gelegt. Die Anode 17 und die Hauptkathode 13 liegen an einer Spannungsquelle 38, und zwar die Anode an ihrem positiven Pol, wobei ein als ein Rechteck dargestellter Belastungswiderstand zwischen diesen Pol und die Hauptanode eingeschaltet ist. Das Steuergitter 16 ist an die negative Klemme einer Vorspannungsquelle 39 angeschlossen. Sämtliche Spannungsquellen sind als einfache Batterien gezeichnet, können aber natürlich auch durch andere Spannungsquellen ersetzt werden. Die Spannungen sind so gewählt oder eingestellt, daß zwischen der Hilfskathode 25 und der Hauptkathode 13 eine Potentialdifferenz besteht, bei welcher eine ionenbildende Entladung zwischen diesen beiden Elektroden auftreten kann. Diese Potentialdifferenz kann ungefähr 40 V betragen. Zwischen der Hauptkathode und der Anode 17 wird eine Spannung verwendet, die zwischen 0 und 25 V gewählt werden kann, während die Gittervorspannung zwischen ι oder 2 und 20 V negativ gegenüber der Hauptkathode betragen kann.
Beim Betrieb zeigt die Röhre nach Fig. 2 eine Stromspannungskennlinie gemäß Fig. 10. In Fig. 10 ist J₆ der Hauptanodenstrom in Milliampere, während E_h die Hauptanodenspannung in Volt darstellt. Mit E_g ist das Gitterpotential in Volt bezeichnet und an jeder einzelnen Kurve eingetragen. Bei einer Gitterspannung von 0 V fließt der volle Anodenstrom schon bei einer Anodenspannung von 1 oder 2 V. Man sieht, daß bei einer Veränderung der Gitterspannung der Anodenstrom innerhalb eines Bereichs von etwa 0 bis 200 mA oder mehr beeinflußt werden kann. Bei 0,2 V Gitterspannung wird der Anodenstrom schon praktisch unterdrückt.

Wenn die Röhre Strom führt, ist eine deutlich sichtbare Entladung vorhanden, die vom Schlitz 26 bis zur Hauptkathode 13 reicht. Man sieht, daß die Fokussierungselektrode 23 den von der Hilfskathode 25 ausgehenden Strom bündelt. Außerdem bewirkt die Elektrode 23 eine Verstärkung der Ionisation und ermöglicht daher, die gewünschte Plasmadichte unter Aufwendung eines außerordentlich kleinen Stromes im Ionisierungskreis odei; Hilfskreis zu erreichen. In Wirklichkeit brauchen nur etwa 5 bis 15 mA im Hilfskreis zu fließen. Bei der Aufnahme der Kurven in Fig. 10 betrug die Ionisierangs- oder Hilfsstromstärke nur 10 mA. Die Hauptkathode 13 arbeitet dabei als Anode für die Hilfskathode 25. Der von der Hauptanode 17 aufgenommene Teil des Hilfsstromes ist für den Betrieb der Röhre vernachlässigbar klein. Statt die Ionisierung hauptsächlich oder lediglich in der unmittelbaren Umgebung der Hauptkathode stattfinden zu lassen, wie es ohne die Fokussierungselektrode 25 der Fall ist, findet die Ionisierung nun praktisch auf dem ganzen Weg zwischen dem Spalt 26 und der Hauptkathode 13 in sehr intensiver Weise statt. Das Plasma reicht auch durch die Gitteröffnungen in den Raum zwischen Gitter 20 und go Anode 17 hinein. Es existiert somit ein Stromweg hoher Leitfähigkeit von der Hauptkathode durch das Gitter zur Hauptanode.

Wenn das Gitterpotential durch ein zu verstärkendes Signal moduliert wird, findet sofort eine Beeinflussung des durch die Gitteröffnungen hindurchreichenden Plasmas statt, die bei niedrigen Frequenzen auch gut erkennbar ist. Die beschriebene Gasentladungsröhre hat sich bei einer Frequenz von 15 MHz oder darüber bei einem Abstand der Gitterdrähte 20 von der Anode 17 von 2 mm gut betreiben lassen. Für Gasentladungsgefäße mit lichtbogenartiger Entladung, in denen der Entladungsvorgang ein- bzw. ausgeschaltet wird, entspricht diese Frequenz einer Erholungszeit von etwa 0,03 /is. Die üblichen * Gasentladungsgefäße können bei Frequenzen, die ungefähr 10 ,as entsprechen, noch ein- und ausgeschaltet werden. Gasentladungsgefäße mit Wasserstoffüllung sind noch etwas weniger träge.

Wie oben dargelegt, verschwindet das Plasma in einer Gasentladung allmählich wieder und bedarf daher der Aufrechterhaltung. Wenn das Steuergitter 16 negativer wird, wird das Plasma in dem Raum zwischen Gitter und Anode kurzzeitig von dem Plasma im Raum zwischen Gitter und Kathode abgetrennt. Dies bedeutet eine Verkleinerung der höchsten Frequenz, bei welcher die Röhre 10 noch arbeiten kann, da bei einer Frequenzzunahme die Diffusionszeit des Plasmas durch das Gitter zur Anode zunächst etwa gleich und dann viel größer als die Periodendauer der Gitterspannung wird. Man kann die Frequenz, mit der sich die Röhre 10 betreiben läßt, z. B. dadurch erhöhen, daß man den Abstand zwischen Gitter und Anode verkleinert.

Wie man aus Fig. 1 sieht, hat die Anode 17 von der Fokussierungselektrode 23 einen Abstand, der mit 40

bezeichnet ist. Gewünschtenfalls kann dieser Abstand oder Zwischenraum auch noch mit Isoliermaterial ausgefüllt werden. Es ließ sich jedoch feststellen, daß es genügt, den Abstand 40 gleich der mittleren freien Weglänge im Gas zu wählen. Hierdurch wird eine Diffusion des Plasmas durch den Zwischenraum 40 hindurch sehr wirksam verhindert, und es bildet sich dann auch kein Lichtbogen zu den Außenflächen der Elektroden.

Röhren der erfindungsgemäßen Bauart sind sehr weitgehend anwendbar. In manchen Fällen zeigen diese Röhren sogar betriebsmäßige Vorteile gegenüber den bisher bekannten Röhren, obwohl sie viel einfacher und weniger kostspielig, sind. Wenn man beispielsweise die Sprechstromimpulse eines Lautsprechers in Nachrichtenübertragungsanlagen speisen will, benutzte man bisher Vakuumröhren, die eine verhältnismäßig hohe Anodenspannung und einen kostspieligen Transformator erfordern. Bei Benutzung einer erfmdungsgemäßen Gasentladungsröhre kommt man mit kleinerer Spannung aus und kann den Transformator völlig ersparen, da die Röhre 10 einen so geringen Ausgangswiderstand hat, daß. man sie unmittelbar an die Lautsprecherspüle anschließen kann und sie doch eine ausreichende Leistung zum Antrieb des Lautsprechers liefert.

In Fig. 3 ist eine weitere Ausfiihrungsform der Erfindung halbschematisch dargestellt. . Die Gasentladungsröhre 41 besteht aus einer Glühkathode 42, die als Hauptkathode dient, einem Gitter 43 und einer Anode 44. In diesem Fall liegt eine SpannungsqueHe 36, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, mit ihrem negativen Pol an der Hilfskathode 46 und der Fokussierungselektrode 45 und mit ihrem positiven Pol an der Anode44. Die Anode44 dient.also als Anode sowohl für den Ionisierungs- oder Hilfsstrom als auch für den Hauptstrom. Das zwischen Gitter und Anode gebildete Plasma diffundiert durch die Gitteröffnungen hindurch in den Gitterkathodenraum. Ebenso wie in Fig. 2 ist auch hier das Gitter 43 so bemessen, daß es diese Diffusion des Plasmas nicht wesentlich behindert.

Die Röhren 10 und 41 besitzen eine Grenzfrequenz, welche von der Diffusionszeit des Plasmas, wie bei der Röhre 10 beschrieben, abhängt.. Ferner läßt sich der Frequenzbereich dadurch verbessern, daß man Einrichtungen zur Aufrechterhaltung des Plasmas sowohl im Gitteranoden- als auch im Gitterkathodenraum vorsieht. In Fig. 4 bis 7 sind Röhren dargestellt, bei welchen das Plasma auf beiden Seiten des Steuergitters unabhängig von der .durch das Gitter hindurch stattfindenden Diffusion gebildet wird. Bei diesen Einrichtungen braucht also dann keine Diffusion des Plasmas durch das Gitter hindurch stattzufinden, und die Röhre kann trotzdem mit so hohen Frequ enzen am Gitter betrieben werden, daß die Zeit für die Diffusion durch das Gitter nach der Anode hin groß gegenüber dem Zeitabstand zweier Gitterspannungsmaxima wird.

In Fig. 4 ist die Röhre 52 in ähnlicher Weise ausgebildet wie die Röhre 41 in Fig. 3, j edoch mit dem Unterschied, daß die Fokussierungselektrode 47 mit zwei Spalten 48 und 49 versehen ist. Der Spalt 48 führt in den Gitteranodenraum, der Spalt 49 dagegen in den Gitterkathodenraum. An dem der Fokussierungselektrode gegenüberliegenden Ende des Gitters 43 ist eine Ionisierungs- oder Hilfsanode 51 angebracht, welche als Kollektorelektrode für die Hilfskathode 50 dient. Beim Betrieb. dieser Röhre liegt eine Spannungsquelle, z. B. 36, zwischen Hilfskathode 50 und Fokussierungselektrode 47 einerseits und der Hilfsanode 51 andererseits. Die Schaltverbindungen der Hauptkathode 42, des Steuergitters 43 und der Anode 44 sind dieselben, wie sie oben für die Röhre 10 beschrieben waren. Im Fall der Röhre 52 wird vorzugsweise die Hilfsanode 51 mit der Hauptkathode 42 verhunden. Wenn sich die Hilfskathode 50 auf einem Potential von ungefähr 40 V negativ gegenüber der Hilfsanode 51 befindet, erstreckt sich eine sichtbare Entladung.vom Spalt48 und vom Spalt49 bis zur Hilfsanode 51. Bei einer Spannung von ungefähr 25 V der Spannungsquelle 38 (Fig. 2), deren negativer Pol an der Hauptkathode 42 liegt und deren positiver Pol an die Hauptanode 44 angeschlossen ist, kann ein Signal von sehr hoher Frequenz am Gitter 43 noch eine Modulation zwischen der Hauptkathode 42 und der Hauptanode 44 hervorrufen. Da. das Plasma sowohl im Gitteranoden- als. im Gitterkathodenraum unabhängig von der Diffusionsgeschwindigkeit des Plasmas durch die öffnungen des Gitters 43 hindurch g₀ aufrechterhalten wird, läßt sich eine derartige Gasentladungsröhre mit einer Frequenz von annähernd 100 MHz oder mehr betreiben. Während die Röhre Strom führt, reicht das Plasma durch die Gitteröffnungen hindurch. . Während der negativen Halbwelle der Gitterspannung verschließt die obenerwähnte, sich aus positiven Ionen bildende Schicht die Gitteröffnungen, und es findet daher keine Diffusion des Plasmas durch die Gitteröffnungen hindurch statt. Bei dieser Röhre braucht, wenn das Gitter in positiver Richtung schwingt, das Plasma nur durch eine verhältnismäßig kleine Fläche hindurch zu diffundieren, um ein zusammenhängendes Plasma, wie es normalerweise zwischen Hauptkathode und Anode während des Stromübergangs vorhanden ist, zu bilden·. In Fig. 5 ist die Gasentladungsröhre 55 mit zwei Hilfskathoden 56, 57 ausgerüstet, von denen jede durch eine Fokussierungselektrode 58 bzw. 59 umschlossen wird. Die Fokussierungselektroden 58 und 59 sind je mit einem Spalt 60 bzw. 61 versehen. Die Hilfselektroden und ihre Fokussierungselektroden können beide auf der einen Seite des Steuergitters 43 angebracht werden, wobei der Spalt 60 in den Raum zwischen Gitter 43 und Hauptanode 44 mündet und der Spalt 61 in den Raum zwischen Steuergitter 43 und Hauptkathode 42. Die Hilfsanode 62 ist dem. Spalt 60 und die Hilfsanode 63 dem Spalt 61 zugeordnet. Die Gasentladungsröhre 55 verhält sich im Betrieb ähnlich wie die Gasentladungsröhre 52, läßt sich jedoch wegen des zweifachen Hüfsstromkreises verschiedenen Betriebsbedingungen etwas besser'anpassen. Gewünschtenfalls können bei der Röhre 55 die Hilfskathoden 56 und 57 elektrisch miteinander verbunden werden, und das gleiche gilt für die Hilfsanoden 62 und 63. Diese Hilfsanoden können auch wieder auf das Potential der 12g Hauptkathode 42 gelegt werden.

Eine weitere Ausführungsform einer Gasentladungsröhre für höhere Frequenzen ist in Fig. 6 und 7 dargestellt.

Diese Gasentladungsröhre 65 besitzt eine Hauptkathode 66, eine Steuerelektrode oder Gitter 67 und eine Hauptanode 68. Die Hauptkathode 66 ist ebenso ausgebildet wie die Kathode 13 in Fig. 2. Das Gitter 67 besteht aus einer Mehrzahl von parallelen Drähten 69, die zwischen zwei Isolierscheiben 70 und 71 gespannt und über die Streifen 72 zusammengeschaltet sind. Die Hauptanode 68 ist in ähnlicher Weise ausgebildet wie das Gitter 67 und besteht aus einer Mehrzahl paralleler Drähte 73, die ebenfalls an den Isolierscheiben 70 und 71 befestigt sowie über die Streifen 74 zusammengeschaltet sind.

Die Abdeckscheiben 75 und 76 können aus Blech gefertigt werden und besitzen einen solchen Abstand voneinander, daß sie die Hauptkathode 66, das Gitter 67 und die Hauptanode 68 umschließen. Diese Abdeckscheiben werden am besten elektrisch mit dem Gitter 67 verbunden. In geringem Abstand vom offenen Ende der Abdeckscheiben 75, 76 ist eine Hilfskathode und eine zugehörige Fokussierungselektrode von der gleichen Ausbildung wie oben beschrieben angebracht. Die Hilfskathode 77 und die Fokussierungselektrode 78 liegen dabei am kathodenseitigen Ende der beiden Abdeckscheiben 75, 76, und der Spalt 79 in der Fokussierungselektrode 78 ist auf die Hauptkathode 66 gerichtet.

Zwischen dem Spalt 79 und der Hauptkathode 66 ist noch eine Hilfsanode 80 angebracht, die aus zwei in einem gewissen Abstand parallel zueinander verlaufenden Drähten 81 besteht. Die Drähte 81 sind oberhalb der Isolierscheibe 70 durch einen Leiterstreifen 82 miteinander verbunden. Dabei liegen die Drähte 81 beide etwas seitlich von der direkten Verbindungslinie zwischen dem Spalt 79 und der Hauptkathode 66.
Auf der anderen Seite der Abdeckscheiben 75 und 76 befindet sich eine ebenso ausgebildete Hilfskathode 83 mit Fokussierungselektrode 84, deren Spalt 85 sich nach der Hauptanode 68 hin öffnet. Eine Hilfsanode 86, die ebenso ausgeführt ist wie die Hilfsanode 80 ist zwischen dem Spalt 85 und der Hauptanode 68 angeordnet.

Der Anschluß der verschiedenen Elektroden der Röhre 65 kann ebenso ausgeführt werden wie bei der Röhre 55. Die Röhre 65 kann bis zu Frequenzen von 100 MHz oder mehr einwandfrei verwendet werden.

Die Erfindung ist auch noch auf andere Arten von Röhren anwendbar, beispielsweise auf die Mischföhre nach Fig. 8 und 9. Die dort dargestellte Röhre 90 ist ebenfalls eine Gasentladungsröhre und enthält ebenso wie die weiter oben beschriebenen Röhren ein ionisierbares Füllgas in einem gasdichten Kolben 91. Die Röhre 90 besitzt eine Hauptkathode 92, eine Hilfskathode 93 sowie eine Fokussierungselektrode 94, die ebenso ausgeführt werden kann wie die Fokussierungselektrode in der Röhre 10. Die Anode 95 entspricht der Anode 17, ist jedoch rechteckförmig ausgeführt, um sich besser an genau der richtigen Stelle anbringen zu lassen, wie dies in einer Mischröhre nötig ist. In der Röhre 90 sind die zwei Steuerelektroden, die normalerweise in einer Mischröhre vorhanden sein müssen, ineinandergeschachtelt und aus weiter unten zu erläuternden Gründen in derselben Ebene angebracht. Die Drähte 96 des einen Steuergitters sind an einem oberen U-förmigen Kragen 97 beispielsweise durch Schweißen befestigt. Die zwischen den Drähten 96 liegenden Drähte 98 bilden das andere Gitter und sind ebenso an dem unteren U-förmigen Kragen 99 befestigt. Die freien Enden der Drähte beider Gitter ragen in Löcher oder Aussparungen in der oberen bzw. der unteren Isolierscheibe 100, 101 hinein. Es liegen also die freien Enden der Drähte 96 in der Scheibe 101, die freien Enden der Drähte 98 in der Scheibe 100.

Die Schaltung für die Hilfskathode 93, die Fokussierungselektrode 94, die Hauptkathode 92 und die Anode 95 sind dieselben, wie oben an Hand der Röhre 10 beschrieben ist. Die beiden Gitter können an getrennte Vorspannungsquellen angeschlossen sein. In Reihe mit jedem Gitter und seiner Vorspannung kann eine Signalquelle gelegt werden, wobei die eine dieser Signalquellen der übliche Oszillator und die andere das ankommende Signal ist. Durch die Anordnung der beiden Gitter mit den Drähten 96 und 98 in derselben Ebene wird das Verhalten der Röhre 90 bei verschiedenen Frequenzen weitgehend verbessert. Dies ist vermutlich darauf zurückzuführen, weil anderweitig verhältnismäßig lange Zeit erforderlich wäre, um das Plasma zwischen die beiden Gitter und außerdem in den Raum zwischen einem der Gitter und der Anode eintreten zu lassen.

Gasentladungsröhren gemäß der Erfindung besitzen wichtige Vorteile. Ein bei Gasentladungsröhren schwierig zu lösendes Problem ist nämlich der Gasverlust an den Elektroden und anderen Bestandteilen der Röhre. Man spricht in diesem Sinne davon, daß die Röhre härter wird. Bei den erfindungsgemäßen Gasentladungsröhren ist die Spannung und Feldverteilung aber so beschaffen, daß nur ein geringer oder gar kein Gasverlust im Hauptstromkreis auftritt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die niedrige Spannung zwischen den Hauptelektroden auch das Ionenbombardement der oxydüberzogenen Hauptkathode weniger gefährlich macht. Man kann daher gewöhnliche Oxydkathoden verwenden, ohne eine schnelle Zerstörung dieser Kathoden befürchten zu müssen. Außerdem besteht ein wichtiges Merkmal der Röhren darin, daß das Plasma in ihnen keine Schwingungen ausführt und daher nicht das bei Gasröhren sonst stets auftretende Rauschen zu beobachten ist. Bei Gasröhren gemäß der Erfindung ist schließlich auch nur ein Hilfsentladungsstrom von 10 mA oder weniger zwischen den Ionisierungs- oder Hilfselektroden notwendig. Bei einem so niedrigen Hilfsentladungsstrom treten die gefürchteten Plasmaschwingungen nicht auf und können somit den Betrieb der Röhren nicht stören.

Claims (18)

1. Patentansprüche:

   i. Gasentladungsröhre mit einem ein ionisierbares Medium enthaltenden abgeschmolzenen Kolben, ferner mit Hauptelektroden, und zwar wenigstens einer Hauptkathode und einer Hauptanode, welche eine elektronenemittierende bzw. eine zum Elektronenaufprall bestimmte Fläche besitzen,

   zwischen denen sich ein Hauptentladungsweg bildet, außerdem mit einer Hilfsentladungseinrichtung, welche aus wenigstens einer Hilfselektrode zur Herstellung einer ionisierenden Elektronenentladung in einem nicht mit dem Hauptentladungsweg zusammenfallenden Hilfsentladungsweg besteht, zum Zweck der Bildung eines leitfähigen Plasmas, welches sich normalerweise stetig über den ganzen Hauptentladungsweg erstreckt und schließlich mit einer Steuerelektrode zur Beeinflussung der Gesamtleitfähigkeit im Hauptentladungsweg mittels des Plasmas.
2. 2. Gasentladungsröhre nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode im Hauptentladungsweg zwischen der Hauptkathode und der Hauptanode angeordnet ist.
3. 3. Gasentladungsröhre nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode eine oder mehrere Öffnungen besitzt und so ausgebildet und angeordnet ist, daß das Plasma normalerweise durch die Steuerelektrode hindurch diffundieren kann.
4. 4. Gasentladungsröhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen in der Steuerelektrode groß gegenüber der mittleren freien Ionenweglänge im ionisierbaren Medium sind.
5. 5. Gasentladungsröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode in das Plasma hineinreicht, dieses aber durch die Steuerelektrode nicht gestört wird.
6. 6. Gasentladungsröhre nach einem der Ansprüche ι bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsentladungseinrichtung eine Hilfskathode enthält.
7. 7. Gasentladungsröhre nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fokussierungselektrode in der Nähe der Hilfskathode vorgesehen ist, um die aus der Hilfskathode austretenden Elektronen zu einem Strahl zu bündeln. '
8. 8. Gasentladungsröhre nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierungselektrode zylindrisch ausgebildet und konzentrisch zur Hilfskathode angeordnet und mit einem Spalt zum Durchtritt der Elektronen versehen ist.
9. 9. Gasentladungsröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptkathode von einer U-förmigen Anode annähernd vollständig umgeben wird, sich ein U-förmiges Steuergitter in einem gewissen Abstand von der Anode befindet, eine zylindrische Fokussierungselektrode das offene Ende der U-förmigen Anode im wesentlichen verschließt, sich ein Spalt in der Fokussierungselektrode befindet, der sich, nach der Hauptkathode hin öffnet, und daß eine Ionisierungskathode innerhalb der Fokussierungselektrode und konzentrisch zu ihr angeordnet ist.
10. 10. Gasentladungsröhre nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die U-förmige Steuerelektrode durch eine Mehrzahl von einen Abstand voneinander besitzenden Drähten gebildet wird und die Drahtabstände groß gegenüber der mittleren freien Ionenweglänge in dem Medium sind.
11. 11. Gasentladungsröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsentladungseinrichtung eine Ionisierungskathode enthält, welche auf der der Hauptanode zugewendeten Seite des Steuergitters befestigt ist.
12. 12. Gasentladungsröhre nach Ansprach 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fokussierungselektrode auf derjenigen Seite der Ionisierungskathode angeordnet und mit einer Öffnung ver^ sehen ist, die zwischen der Steuerelektrode und der Hauptanode liegt.
13. 13. Gasentladungsröhre nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierungselektrode eine, zweite öffnung besitzt, welche.in den Raum zwischen der Steuerelektrode und der Hauptkathode führt.
14. 14. Gasentladungsröhre nach Anspruch 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß sich an der anderen Seite der Steuerelektrode eine Ionisierungsanode befindet.
15. 15. Gasentladungsröhre nach Ansprach 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ionisierungskathodeund einelonisierungsanode auf der der Hauptanode zugewendeten Seite des Steuergitters vorhanden sind und einezweite Ionisierungskathode mit einer zweiten Ionisierungsanode auf der der HauptkathodezugewendetenSeitedesSteuergitters.
16. 16. Gasentladungsröhre nach Ansprach 12 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Fokussierungselektrode zwischen der zweiten Ionisierangskathode und der zugehörigen Ionisierungsanode vorhanden ist und daß die Fokussierangs- elektrode einen zur zweiten Ionisierungsanode sich öffnenden Spalt besitzt.
17. 17. Schaltungsanordnung für Gasentladungsröhren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Hauptanode und der Hauptkathode eine Spannung liegt, welche kleiner ist als die Ionisierungsspannung des im Kolben befindlichen Mediums, und daß zwischen der Hilfselektrode und einer anderen Röhrenelektrode eine Spannung liegt, die größer ist als diese Ionisierungsspannung.
18. 18. Schaltungsanordnung für Gasentladungsröhren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Belastungswiderstand, dessen eine Klemme mit der Hauptanode verr bunden ist, eine Spannungsquelle von geringerer Spannung als das Ionisierungspotential, deren eine Klemme an die andere Klemme des Belastungswiderstandes angeschlossen ist, wobei die zweite Klemme der Spannungsquelle mit der Haupt- "5 kathode verbunden ist, eine Spannungsquelle von höherer Spannung als dieses Ionisierungspotential, die mit ihrer einen Klemme an die Hilfskathode angeschlossen ist und mit ihrer anderen Klemme

    an einer anderen Röhrenelektrode liegt und durch eine Signalquelle zwischen dem Steuergitter, und der Hauptkathode.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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