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Gasgefüllte Kaltkathoden-Entladungsröhre Die Erfindung betrifft Gasentladungsröhren
mit Kaltkathode, bei denen die Einleitung einer Entladung zwischen einem Paar Elektroden
durch Ionisationskopplung einer anderen Entladungsstrecke bedingt ist, und betrifft
besonders die Konstruktion von Röhren, bei denen mehrere Entladungsstrecken angewandt
werden.
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Für gasgefüllte Entladungsröhren mit kalter -Kathode ist es charakteristisch,
daß die zur Einleitung einer Entladung zwischen zwei Elektroden erforderliche Spannung
von Gasart und Gasdruck, ferner von dem Ionisationszustand, der Form und dem Material
der Elektroden, zwischen denen die Entladung vor sich geht, und der Länge der Entladungsstrecke
abhängt. Bei niedrigen Spannungen zwischen den Elektroden fließt ein vernachlässigbarer
Strom, wenn das Gas anfänglich entionisiert ist. Mit allmählich zunehmender Spannung
werden Gasmoleküle ionisiert, bis eine Entladung hervorgerufen wird, deren Strom
rasch zunimmt und für den es kennzeichnend ist, daB er von Mikroampere bis zu Milliampere
bei einer kritischen Spannung, die für die Entladungsstrecke die statische Zündspannung
ist, ansteigen kann. Die Entladung wird durch ein Glimmen gekennzeichnet, das an
der Kathode auftritt und sich zur Anode hin erstreckt und weiter über die unmittelbare
Nachbarschaft der Strecke verläuft, je nach dem Grad der Ionisation, wobei damit
eine Wanderung der Ionen verbunden ist (ein Ausdruck, der gewählt wurde, um alle
Ionisationsvorgänge
zu bezeichnen). Wenn einmal eine Entladung aufgebaut ist, ist im allgemeinen eine
viel geringere Spannung notwendig, um sie aufrechtzuerhalten. Die kritische Spannung,
unterhalb deren die Entladung abreißt, unter Vernachlässigung eines geringfügigen,
kurz vor dem Erlöschen einsetzenden Anstieges wird mit Unterhaltsspannung (Brennspannung)
bezeichnet. Wenn der Entladungsstrom begrenzt ist, so daß nicht die ganze Kathodenoberfläche
mit einer Glimmschicht überzogen ist, neigt die Zwischenelektrodenspannung dazu,
unabhängig von dem Entladestrom bei einem Wert konstant zu bleiben. Wenn dann der
Entladungsstrom über den Wert hinaus gesteigert wird, bei dem die gesamte Kathodenoberfläche
mit einer Glimmschicht bedeckt ist, steigt die Zwischenelektrodenspannung wieder.
Bei den bekannten Neonröhren, die als Spannungsregler usw. benutzt werden, kann
die Zündspannung in der Größenordnung von ioo Volt oder darüber liegen, während
die Unterhaltsspannung so eingerichtet wird, daß sie in der Größenordnung von 8o
Volt liegt.
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Wie oben erwähnt, neigen die Ionen dazu, sich in der unmittelbaren
Umgebung auszubreiten. Diese Erscheinung ist in ausgedehntem Maße dazu benutzt worden,
das statische Zündpotential einer anderen Entladungsstrecke innerhalb, des gleichen
Röhrenkolbens zu erniedrigen. In einer bekannten Vorrichtung ist eine Hauptentladungsstrecke
zwischen einer Hauptanode und einer Hauptkathode und mehrere Auslösestrecken zwischen
Hilfsanoden und der genannten Kathode vorgesehen. Die Hilfsanoden liegen viel dichter
an der Kathode als die Hauptanode, so daß die anfängliche Zündspannung der Auslösestrecken
beträchtlich unter der für die Hauptstrecke liegt. Die Auslösestrecken werden zur
Zündspannungserniedrigung der Hauptstrecke oder zur Vorbereitung der Hauptstrecke
durch Ionisationskopplung benutzt. Die Auslösestrecken sind mit besonderen Auslösekreisen
verbunden.
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Diese Auslöseröhren finden in elektrischen Zählschaltungen steigendeAnwendung
für Schaltzwecke usw., und in einigen dieser Anwendungsgebiete werden ganze Reihen
von Auslöseröhren in Kaskadenano.rdnung benutzt. Für viele Anwendungen wäre es eine
große Erleichterung, wenn die Anordnungen der Entladungsstrecken, statt in getrennten
Röhrenkolben untergebracht zu sein, in einem einzigen Kolben untergebracht würden,
so daß die Strecken der Reihe nach gezündet werden könnten, wobei die Ionisationskoppiung
zwischen den Strecken die vorbereitende Funktion der Auslösestrecken gebräuchlicher
Auslöseröhren übernimmt.
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Es ist bekannt, verschiedene Entladungsstrecken, die die gleiche oder
verschiedene Entladungseigenschaften in Bogen- oder Funkenentladungsgefäßen haben,
vorzusehen, während in Glimmentladungsröhren der Gebrauch mehrerer Kathoden vorgeschlagen
wurde. So sind beispielsweise in einem Gleichrichterrohr die Kathoden in verschiedenem
Abstand von der gemeinsamen Anode angeordnet und untereinander durch Widerstände
so verbunden, daß der Gesamtentladungsstrom wächst und der von einer Kathodenoberfläche
entnommene Strom begrenzt wird. Bei einem Mehrkathodenentladungsrohr, das als Impulsgenerator
benutzt wird, breitet sich die Entladung von Kathode zu Kathode durch Öffnungen
aus, und die Kathoden sind in zunehmendem Abstand von der gemeinsamen Anode angeordnet.
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Gemäß dieser Erfindung ist ein Kaltkathodengasentladungsgefäß mit
Elektroden, die getrennte Entladungsstrecken bilden, versehen, und die Entladungsstrecken
sind so angeordnet, daß an sie angelegte aufeinanderfolgende Spannungsimpulse gleicher
Amplitude und Wellenform auf Grund der Ionisationskopplung zwischen benachbarten
Entladungsstrecken aufeinanderfolgende Entladungsstrecken ihrerseits zünden, so
daß aber nur eine angezündete Entladungsstrecke durch jeden folgenden Impuls gezündet
wird.
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Im vorliegenden Falle benutzen wir den Ausdruck »gezündet« in dem
Sinne, daß wir sagen, eine Entladungsstrecke ist gezündet, wenn durch die Entladung
dieser Entladungsstrecke eine Raumladung von solcher Größe gebildet wurde, daß eine
Glimmentladung durch eine der Aufrechterhaltungsspannung dieser Entladungsstrecke
gleiche Elektrodenspannung aufrechterhalten werden kann. Eine Röhre nach der vorbeschriebenen
Art wird in Zukunft Folgeentladungsröhre genannt. Die praktische Konstruktion einer
Folgeentladungsröhre hängt von derTatsache ab, daß die Ionisationskopplung auf Grund
einer Glimmentladung in irgendeiner Entladungsstrecke nicht konstant durch die ganze
Röhre ist; obwohl die Entladung aufrechterhalten ist, ändert sich die Ionisationskopplung
in der später im Zusammenhang mit Fig. 4 beschriebenen Art und Weise. Die Änderung
der Ionisationskopplung durch den Abstand ist unseres Wissens bis jetzt noch nicht
beschrieben. Ihre Anwendung in Glimmentladungsröhren erlaubt nicht nur, Folgeentladungsröhren
zu entwerfen, sondern auch weitere Anwendungen, z. B. ermöglicht sie uns, eine permanent
aufrechterhaltene Entladung zur Steuerung des allgemeinen Ionisationspegels einer
Röhre zu verwenden; ferner erlaubt sie uns, eine besondere Entladungsstrecke einerAnzahl
von Entladungsstrecken zu zünden, so daß die Reduktion der Durchschlagsspannung
dieser gezündeten Entladungsstrecke die Reduktion in irgendeiner anderen der genannten
Entladungsstrecken überschreitet. Gemäß einem anderen Merkmal dieser Erfindung besteht
eine Kaltkathodengasentladungsröhre zum wenigsten aus drei Entladungsstrecken und
Mittel zur Aufrechterhaltung einer stetigen Glimmentladung durch eine dieser Strecken,
während die zwei anderen so zu dieser einen Entladungsstrecke angeordnet sind, daß
sie beide zu dieser ionisationsgekoppelt sind, aber in verschiedenem Maße.
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Die Erfindung benutzt eine ständig gezündete Entladungsstrecke, um
die Anfangs- oder Startentladungsstrecke einer Reihe ähnlicher Entladungsstrecken
zu bestimmen, die beim Anlegen
von Impulsen an alle Entladungsstrecken
nacheinander zünden sollen.
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Ein weiteres Merkmal dieser Erfindung sieht ein gasgefülltes Kaltkathodenentladungsgefäß
vor, welches aus mehr als drei getrennten Kathodenoberflächen und einer oder ebenso
vielen Anoden wie Kathoden besteht, die Entladungsstrecken mit gleicher Entladungsspannung
und gleichem Entladungsstrom bilden (wenigstens für solche, die zwischen der ersten
und der letzten Entladungsstrecke liegen) und die Trennung benachbarter Entladungsstrecken
durch die Änderung der Ionisationskopplung mit Hilfe des Abstandes von der Entladungsstrecke
(d. h. wie durch die Kurven der Fig. q. gezeigt) bestimmt ist, so daß für alle drei
benachbarten Strecken eine Maximaldifferenz der Ionisationskopplung zwischen der
ersten und der zweiten und der ersten und der dritten Strecke vorgesehen ist.
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In einem gasgefüllten Kaltkathodenentladungsgefäß werden die Entladungsstrecken
durch getrennte Kathodenoberflächen und eine oder mehrere Anoden gebildet. Die Entladungsstrecken
sollen im wesentlichen gleiche Entladungsspannungen und gleiche Stromcharakteristik
haben und so angeordnet sein, daß eine an einer Entladungsstrecke durch einen Spannungsimpuls,
der an alle Entladungsstrecken gelegt wurde, hervorgerufene Entladung beim nächsten
gleichen Spannungsimpuls eine Entladung in der benachbarten Entladungsstrecke hervorruft,
und ein weiterfolgender gleicher Spannungsimpuls eine Entladung in der nächstbenachbarten
zu dieser besagten benachbarten Entladungsstrecke in der gleichen Richtung hervorruft.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen beschrieben. Es stellt
dar Fig. i ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung mit einer erfindungsgemäßen
Röhre für Impulstrennschaltungen, Fig.2 für ein Ausführungsbeispiel in Kurvendarstellung
die Änderung der Impulsamplitude in Abhängigkeit von der Impulsbreite bei einem
gegebenen Ionisa.tionspegel, Fig.3 in Kurvendarstellung die Änderung der Verzögerungszeit
in Abhängigkeit von der Impulsamplitude, für eine Impulsbreite von 1o ,us, Fig.
q. in Kurvendarstellungen die Verringerung der Zündspannung in Abhängigkeit vom
Abstand von der Hilfsstrecke für verschiedene Werte des Hilfsstromes, Fig. 5 in
Kurvendarstellung die Änderung der Ionisationskopplung in Abhängigkeit von der Zeit,
Fig.6 ein Ausführungsbeispiel einer Schaltung mit zwei erfindungsgemäßen Röhren,
Fig.7 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispieles einer erfindungsgemäßen
Röhre mit acht Zählstellen, Fig. 8 ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung
unter Verwendung der Röhre nach Fig. 7.
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Ganz allgemein sei betont, daß der Entwurf einer Folgeentladungsröhre
bezüglich der Bemessung der Entladungsstrecke sehr stark von den geforderten dynamischen
Betriebseigenschaften abhängt, so daß bei gleichem Gasgemisch und gleichen Elektrodenmaterialien
engere Elektrodenabstände für eine einwandfreie Arbeitsweise bei höheren Impulswiederholungsfrequenzen
erforderlich sind als bei niedrigeren. Diese und weitere konstruktive Gesichtspunkte
werden nachstehend an Hand einiger Beispiele in Verbindung mit besonderen Anwendungsmöglichkeiten
näher betrachtet.
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In Fig. i wird ein Ausführungsbeispiel einer Falgeentladungsröhre
gezeigt. Die Röhre wird benutzt, um die positiven Impulse eines sich wiederholenden
Impulszuges, die zwischen Klemme i und Erde ankommen, auf die einzelnen an den Klemmen
2 angeschlossenen Stromkreise aufzuteilen. Die, Falgeentladungsröhre 3 zeigt in
der Darstellung eine Anzahl Anodenstäbe oder Drähte d. und eine gleiche Zahl Kathodenstäbe
5. Die Kathodenstäbe sind über strombegrenzende Widerstände 6 und Impulstransformatoren
7 mit Erde verbunden. In der Zeichnung ist jeweils nur der erste und letzte dieser
Widerstände und Transformatoren dargestellt. Ein Ende der Sekundärspulen der Transformatoren
7 wird mit Erde verbunden, das andere Ende ist mit je einer der Ausgangsklemmen
2 verbunden.
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Es sei angenommen, daß alle Entladungsstrecken der Röhre 3 gleiche
Länge aufweisen, ausgenommen die erste Entladungsstrecke 8, die etwas kürzer ist
als die anderen. Daher werden alle Entladungsstrecken außer der Strecke 8 bei der
Abwesenheit derIonisa,tion diegleiche statische,Zündspannung 1s erfordern, um eine
Entladung einzuleiten. Wie bereits oben auseinandergesetzt, ist diese statische
Zündspannung eine Funktion der Gasart und des Gasdruckes sowie der Länge der Entladungsstrecke
und des Elektrodenmaterials. Wie bereits bekannt ist, kann durch Aufbringen von
Kathodenüberzügen die Zündspannung beträchtlich variiert werden. Um lange Lebensdauer
und Beständigkeit des Betriebsverhaltens zu gewährleisten, verwendet man vorzugsweise
Kathoden aus homogenem Material, wobei vorzugsweise sowohl für das Kathoden- als
auch Anodenmaterial reines Nickel benutzt wird. Die Wahl des Gasgemisches beeinflußt
nicht nur die Zündspannungen, sondern auch die Unterhaltsspannung und, als sehr
wichtiger Faktor, die Entionisierungszeit. Für die meisten Verwendungsmöglichkeiten
ist ein Gasgemisch von 92 % Neon, 7'/o Wasserstoff und i o/o Argon bei einem Gesamtdruck
von ioo mm Hg vorzuziehen. Es sei betont, daß dieses Gasgemisch gewählt wurde, um
eine kurze Entionisierungszeit zu erhalten. Mit diesem Gasgemisch und Druck beträgt
die Unterhaltsspannung VM etwa 185 Volt und bei Entladungsstrecken von 2 mm Länge,
unter Verwendung von Nickelelektroden, beträgt das statische Zündpotential hs etwa
340 Volt. Unter Voraussetzung des entionisierten Zustandes innerhalb Röhre 3 würde
ein Impuls, dessen Amplitude größer als oder gleich 340 Volt gegen Erde ist, irgendeine
Entladungsstrecke der Reihenanordnung zünden (unter der Annahme des oben angegebenen
Gasgemisches
und der Längen der Entladungsstrecken), vorausgesetzt,
daß der Impuls von hinreichender Dauer ist, wie später erklärt wird.
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Eine derartige Gleichförmigkeit für alle statischen Zündspannungen
zu gewährleisten, ist kaum möglich, so daß selbst dann, wenn Entladungsstrecke 8
nicht kürzer gemacht worden wäre, die Entladungsstrecken nicht gleichzeitig zünden
würden.
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Zur Abschätzung der Bedingungen der dynamischen Folgeentladung innerhalb
der Röhre sei vorläufig angenommen, daß die Elektroden der Entladungsstrecke 8 von
den übrigen Elektroden isoliert sind und daß an dieser Entladungsstrecke eine stetige
Entladung aufrechterhalten wird. Dann werden sich geladene Teilchen, die im allgemeinen
mit Ionen bezeichnet werden, von der Entladungsstrecke 8 aus ausbreiten und die
Zündspannung der anderen Entladungsstrecken in der Röhre wirksam verringern. Bei
Betrachtung der quantitativen Verhältnisse der Ionisationskopplung ist es vorteilhaft,
gedanklich mit Energiepegeln, ausgedrückt in Spannungen an den verschiedenen Stellen
innerhalb der Röhre, zu arbeiten. Daher muß unter statischen Verhältnissen der Energiepegel
für irgendeine Entladungsstrecke VS Volt betragen, bevor eine Entladung stattfinden
kann. Die Ionisation auf Grund einer Entladung an der Entladungsstrecke 8 liefert
einen Energiebeitrag von beispielsweise hl. Auf Grund der mit den Elektroden verbundenen
elektrischen Felder wird ein weiterer Beitrag geliefert, der VE betragen möge. Daher
wird unter Vernachlässigung weiterer Beiträge und unter Beibehaltung der Annahme
statischer Verhältnisse die erforderliche Spannung zur Einleitung einer Entladung
an einer anderen Entladungsstrecke durch folgenden Ausdruck gekennzeichnet: Tls
= V1+ VE. Tl, hängt von der Anzahl der durch die Entladung bei 8 erzeugten
Ionen ab, d. h. von dem Entladungsstrom. An dieser Stelle sei betont, daß zur Regelung
der Entladungsbedingungen das Glimmen der Kathode auf ein bestimmtes Gebiet auf
jeder Kathode begrenzt wird, indem ein Teil der Kathodenstäbe und auch jede andere
der Elektrodenzuleitungen, die nicht als Kathoden arbeiten sollen, mit einer die
Entladung hemmenden Substanz, beispielsweiseAluminium, überzogen werden, was durch
Auftragen, Aufsprühen oder mittels eines Wärmeverfahrens geschehen kann.
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Vor Betrachtung der dynamischen Verhältnisse in der Röhre ist es erforderlich,
eine scheinbare Änderung der Zündspannung zu betrachten, die auftritt, wenn die
Röhre bei Impulsbetriebsverhältnissen arbeitet. Für irgendeinen gegebenen Ionisationszustand
in einer Entladungsstrecke bat man beobachtet, daß zur Einleitung einer Glimmentladung
ein bestimmter Arbeitsbeitrag geleistet werden muß, um diese Energie auf ein kritisches
Niveau zu heben, das als Zündpunkt bezeichnet sei. Aus diesen Erwägungen heraus
kann man entnehmen, daß, wenn die Arbeit zur Einleitung einer Glimmentladung innerhalb
einer begrenzten Zeit durchgeführt werden soll, der Arbeitsbeitrag größer sein muß,
als wenn eine längere Zeitspanne verfügbar ist. Daher ist für kurze Impulse von
2,us Dauer die erforderliche Impulsamplitude zur Zündung einer Glimmentladung viel
größer, als sie für einen Impuls von io ,us Dauer erforderlich ist.
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In vorstehenden Erwägungen ist enthalten, daß bei Anlegen einer gegebenen
Spannung an eine Entladungsstrecke eine notwendige Verzögerung vorhanden ist, bevor
der Glimmvorgang eingeleitet wird. Diese beiden Wirkungen sind in den Fig. 2 und
3 für eine typische Folgeentladungsröhre dargestellt. Fig. 2 zeigt für einen gegebenen
Ionisationszustand die Änderung der Impulsamplitude V (in Volt) mit der Änderung
der Impulsbreite co (in Mikrosekunden), um den Zündpunkt erreichen zu können. Für
die gleichen Verhältnisse und unter Verwendung einer Impulsbreite von io ,us ist
in Fig. 3 die Änderung der Verzögerungszeit (t in Mikrosekunden), als eine Funktion
der Impulsamplitude b' aufgetragen, einem stetigen Potential von i85 Volt (Anode-Kathode)
überlagert.
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Aus vorstehendem ergibt sich, daß die erforderliche Spannung zur Einleitung
einer Entladung an einer Entladungsstrecke in einer Entladungsröhre, die unter dynamischen
Verhältnissen arbeitet, beträchtlich von der statischen Zündspannung, die früher
erklärt wurde, abweichen kann. Wenn nicht ausdrücklich betont, ist in der folgenden
Beschreibuug der Ausdruck Zündspannung so verwendet, daß er alle diese Faktoren
enthält. Daher kann die an einer festen Entladungsstrecke erforderliche Impulsspannung
auch weiterhin mit dem Ausdruck hs -- (T>', -h VE) bezeichnet werden.
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Tll neigt dazu, mit der Entfernung d von der Ionisationsquelle
zu variieren, insbesondere unter dynamischen Verhältnissen. Die Verringerung der
Zündspannung TI" , ausgedrückt in Volt, für verschiedene Entfernungen von einer
Hilfsentladungsstrecke (in Millimeter ausgedrückt) ist in Fig. q. für verschiedene
Werte des Hilfsstromes dargestellt.
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Wenn die Entladung an Entladungsstrecke 8 erlischt, setzt Entionisation
ein; weiterhin muß etwas Zeit vergehen, bevor die Ionisation einen gegebenen Punkt
in der Röhre erreicht, wenn die Entladungsstrecke 8 zuerst gezündet wird. Daher
ist V, eine Funktion der Zeit. Die Ionisationsausbreitungszeit ist im allgemeinen
klein gegenüber der Entionisierungszeit. Die Änderung der Entionisationskopplung
V, auf Grund eines rechteckigen Stromimpulses von 50 Ics Dauer durch Strecke 8 als
Funktion der Zeit t von der vorderen Flanke dieses Impulses kann durch die in Fig.
5 gezeigten Kurven dargestellt werden, wobei Kurve A die Änderung von T>>
für Entladungsstrecke g wiedergibt, während Kurve B die zeitliche Veränderung unter
Bezugnahme auf Strecke io darstellt. Bei der Folgeentladungsröhre 3 nach Fig. i
haben alle Anoden das gleiche Potential, während, unter der Voraussetzung, daß die
Spannungsabfälle an den Widerständen 6 klein sind, die Kathoden auch annähernd auf
den gleichen Potentialen liegen, so daß der Faktor TEE bei der
Energiebetrachtung
gegenüber V, vernachlässigbar klein gemacht werden kann.
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Es sei angenommen, daß an Klemme i der Fig. i ein Impulszug angelegt
wird und da.ß jeder Impuls eine Amplitude VP hat, die zwischen VS und VS-VI liegt.
Die erste Entladungsstrecke 8, die kürzer ist, hat eine Zündspannung VJ, von der
angenommen sei, daß sie kleiner ist als VP. Entladungsstrecke 8 ist daher die einzige
Strecke, die bei Ankunft des ersten Impulses zündet. Der Entladungsstrom durch den
zugehörigen Transformator 7 schickt einen Impuls an die entsprechende Klemme 2.
Die nächste Entladungsstrecke 9 wird durch Ionisation von 8 angeregt mit einem Wert
VI, der mit der Zeit variiert, wie in Kurve A der Fig. 5 dargestellt. An der Entladungsstrecke
8 wird die restliche Ionisation nach Durchgang des ersten Impulses einen Energiebetrag
VR beisteuern, der mit der Zeit ähnlich abklingt wie die fallenden Teile der Kurven
A und B
der Fig. 5, aber bei einem höheren Niveau beginnt. Der Abstand
zwischen den Entladungsstrecken muß unter Berücksichtigung der Impulswiederholungsfrequenz
gewählt werden, so daß, wenn der nächste Impuls eintrifft, die Entladungsstrecke
9 noch einen Energiepegel aufweist, der größer ist als VS-Vp, während Strecke io,
die eine Spannungspegeländerung aufweist, wie sie der Kurve B der Fig. 5 entspricht,
nicht zünden wird. Entladungsstrecke 8 wird nochmals bei Eingang des zweiten Impulses
zünden, und zwar sowohl auf Grund ihres kleineren Anfangszündpo@tentials als auch
auf Grund ihrer restlichen Ionisationsenergie Vp. Wenn der dritte Impuls ankommt,
kann Entladungsstrecke io zünden, da ihre Energie durch Ionisation der beiden vorangehenden
Strecken jetzt erhöht worden ist. Entladungsstrecken 8 und 9 werden auch gezündet.
Daher wird bei jedem folgenden Impuls eine weitere Entladungsstrecke gezündet, bis
endlich alle Entladungsstrecken zünden. Es kann leicht so eingerichtet werden, daß
die mit den einzelnen Klemmen a verbundenen Stromkreise nur den ersten an dieser
betreffenden Klemme empfangenen Impuls weiterleiten, und zwar während einer Zeit,
die gleich ist der Wiederholungszeit des Impulszuges. Auf diese Weise werden die
einzelnen Impulse eines an Klemme i angelegten Impulszuges, der zeitmoduliert sein
kann, auf getrennte Schaltkreise geführt.
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Wenn alle Entladungsstrecken der Anordnung in Röhre 3 gezündet haben,
wird der Energiepegel an jeder Strecke nahezu der gleiche sein, so daß, bevor irgendein
weiterer Impulszug ankommt, Zeit zur Entionisation gewährt werden muß. Es können
Anordnungen getroffen werden, bei denen zwei Röhren Verwendung finden, so, wie es
später beschrieben wird, wobei während abwechselnder Impulszüge eine Röhre nicht
arbeitet, während die andere betätigt wird, um auf diese Weise Zeit für den Entionisierungsvorgang
zu gewinnen.
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Es ist klar, daß die Verbindungen zwischen den Anoden q. der Röhre
3 der Fig. i innerhalb des Röhrenkolbens hergestellt werden können, und bei einer
praktischen Ausführung dieses Rohres ist es zweckmäßig, die einzelnen Anoden durch
einen einzelnen Draht, eine Platte oder einen Streifen zu ersetzen. In der Schaltung
nach Fig. i wird die Entladung an jeder Entladungsstrecke in der Röhre 3 zwischen
aufeinanderfolgenden Impulsen erlöschen. Für viele Anwendungszwecke ist eine Unterhaltbatterie
vorzuziehen, so daß jede Entladungsstrecke, nachdem sie gezündet worden ist, im
Entladungszustand bleibt, bis die Batteriespannung weggenommen wird. Im allgemeinen
wird, wenn davon Gebrauch gemacht wird, der Röhrenaufbau vereinfacht und die Toleranz
vergrößert, da dann die fallenden Teile der TV-Kurven der Fig. 5 nicht in Frage
kommen. Da die von irgendeiner der Entladungsstrecken gelieferten Beiträge dazu
neigen, konstant zu bleiben, kann man die, Konstruktion mehr auf den Kurven der
Fig. q. aufbauen, indem man nur die Auffangstelle der Kurven nach Fig.5 berücksichtigt.
In der Praxis hat sich gezeigt, daß es, wenn möglich, vorzuziehen ist, den Kleinstpegel
der Ionisation in Folgeentladungsröhren dadurch zu stabilisieren, daß man eine Hilfsentladungsstrecke
vorsieht, die von der Hauptanordnung getrennt sein kann, um Störungen durch zufällige
äußere Ionisationsquellen, wie etwa kosmische Strahlung; Sonnen-' licht usw., zu
vermeiden. Wenn erwünscht, kann die Anordnung der Entladungsstrecke bezüglich ihrer
Abstände so getroffen werden, daß das Abfallen der Kurve, die die Werte Ionisationskopplung-Abstand
angibt, ausgeglichen wird, oder die Entladungsstrecken vorzugsweise symmetrisch
angeordnet sein. In der Praxis jedoch verwendet man eine Hilfsentladungsstrecke,
um eine unsymmetrische Ionisationsverteilung zu erzielen, so daß die nächstgelegene
Entladungsstrecke als Startstrecke arbeitet.
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In Fig. i ist die Anordnung 3 mit einer Startstrecke 8 dargestellt
worden, die kürzer ist als die anderen. Außer der Anordnung einer Hilfsstrecke in
der Nähe gibt es noch weitere Möglichkeiten, indem man z. B. die Kathode der Startentladungsstrecke
mit einem Material überzieht oder aus einem Material herstellt, das eine geringere
Austrittsarbeit aufweist als die anderen Kathoden der Anordnung. Auch kann die Startstrecke
mit einer Vorspannung versehen sein.
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In Fig. 6 ist eine Schaltung dargestellt, um eine weitere Ausführungsmöglichkeit
des erfindungsgemäßen Gegenstandes zu veranschaulichen. Hier werden die Röhren in
einer Schaltung zur Impulszählurig benutzt. Die Folgeentladungsröhre 48 ist so dargestellt,
daß ihre Anoden die Form eines Drahtes, eines Streifens oder einer Platte aufweisen
und eine Kathodenanordnung 12 mit einzelnen Kathoden in Form von Stäben auf einer
gemeinsamen Schiene 13 angebracht ist, so daß diese Anordnung gleichsam einen
Kamm bildet. Alle Entladungsstrecken weisen gleiche Länge auf, und eine getrennt
angeordnete Entladungsstrecke 1q. ist innerhalb der Röhre zu Stabilisierungszwecken
vorgesehen, um eine Startentladungsstrecke
15 am linken Ende der
Anordnung zu schaffen. Mit 16 ist eine getrennt angeordnete Kathode bezeichnet,
die am anderen Ende vorgesehen ist und die bezüglich des Abstandes von der der Anordnung
angehörenden Kathode den für die Anordnung geltenden Abmessungen entspricht: Die
Gasfüllung kann aus der obenerwähnten Mischung aus Neon, Argon und Wasserstoff bestehen.
Die Streckenabmessungen hängen dann von den Arbeitsbedingungen ab und werden später
angegeben werden. In ihrer Wirkungsweise ähnelt Röhre 17 der Röhre 48, der Elektrodenaufbau
weicht jedoch von dem bei 4.8 gezeigten ab. Anode 18 kann wieder ein Draht, ein
Streifen oder eine Platte sein, die Kathodenanordnung i9 jedoch besteht aus einem
sägezahnförmigen Metallstreifen, der mit Aluminiumoxyd oder ähnlichen Substanzen
bedeckt ist, mit Ausnahme der Spitzen der Zähne.
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An dem einen Ende arbeitet der erste Zahn der Anordnung ig mit einer
getrennten Anode zusammen, um eine Hilfsentladungsstreeke 2o und eine Startentladungsstrecke
21 vorzusehen. Am anderen Ende ist eine getrennt arbeitende Kathode 22 vorgesehen,
die der Kathode 16 in der Röhre .I8 entspricht. Die Kathodenanordnungen i2 und i9
sind mit Erde verbunden. Die Anoden i i und 18 sind über getrennte Leitungen 23
und 24 mit entsprechenden Seitenkontakten der Kontaktbank a1 des polarisierten Relais
A verbunden, das entgegengesetzte Wicklungen trägt und so justiert ist, daß sein
Anker immer an irgendeiner Seite anliegt und Kontakt macht. Die Leitungen 23 und
-24 sind über die, einzelnen Impulssperrspulen 25 und 25' mit den Seitenkontakten
a, des Relais A und über die Ableiterwiderstände 26 und 26' mit Erde verbunden.
Bei der gezeigten Ankerlage an a" und a2 ist Anode i i über den Kondensator a7 mit
der Impulseingangsklemme 28 und über Drosselspule 25' mit dem positiven Pol der
Batterie 29 verbunden, deren negativer Pol an Erde liegt. Die Anode 18 liegt an
einem nicht geschlossenen Stromkreis und ist über den Ableitungswiderstand 26 mit
Erde verbunden. Die Hilfsentladungsstrecken 14 und 2o sind über die regelbaren Widerstände
30 bzw. 31 mit Batterie 32 bzw. 33 verbunden. Die Ausgangskathoden 16 und
22 sind über die entgegengesetzten Wicklungen des Relais A mit einer Nachrichtenaufzeichnungsvorrichtung
34 verbunden. Es sei be@-tont, daß Relais A und Registriergerät 34 lediglich Darstellungen
für Schaltungsanordnungen sind; die ähnliche Funktionen haben. In ähnlicher Weise
ist Batterie 29 aufzufassen, die irgendeine spannungsgeregelte Quelle darstellen
soll und Mittel zur Begrenzung der Entladungsströme aufweisen sollte.
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Die Schaltung arbeitet in folgender Weise: Batterie 29 soll eine hinreichende
und konstante Spannung liefern, um die Entladungen an den Entladungsstrecken der
Röhren 48 und 17 aufrechtzuerhalten, ohne jedoch zu veranlassen, daß irgendeine
Entladungsstrecke zündet, d. h. eine andere als die Startstrecke, selbst wenn Impulse
von Klemme 28 an die entsprechenden Anoden angelegt werden. Die Widerstände
30 und 31 können verändert werden, um die Ströme der Hilfsentladungsstrecken
14 und 2o zu beeinflussen.
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Es sei angenommen, daß, wenn im betrachteten Zeitpunkt positive Impulse
an Klemme 28 ankommen, die Relaiskontakte a1 und a, sich in der in Fig. 6 dargestellten.
Lage befinden. Der erste Impuls bringt Strecke 15 zum Zünden, die unter dem Einfluß
der Unterhaltsspannung der Batterie 29 weiterbrennt, nachdem der Impuls vorbei ist.
Wenn der zweite Impuls eintrifft, ist der Spannungspegel an der nächsten Entladungsstrecke
gleich der Summe der Ionisationspotentiale der Hilfsentladung bei 14 der gerade-
an Strecke 15 gestarteten. Entladung und der Spannung von Batterie 29. Die Abstände
zwischen den Entsladungsstrecken müssen so angeordnet sein, daß die Ionisation von
Strecke 15 keine Zeit hat, an der dritten und den folgenden Entladungsstrecken voll
wirksam zu sein. Diese Entladungsstrecken sind hinreichend weit von dem Einfluß
der Ionisationskopplung an der Strecke 1,9 entfernt, die zu gering ist, um sie zu
zünden. Über diese Tatsache wird weiter unten nochmals gesprochen. Bei entsprechend
geeignetem Abstand der Entladungsstrecken zündet die der Entladungsstrecke 15 am
nächsten liegende Strecke durch den zweiten Impuls, der dritte Impuls zündet die
nächste Strecke usw., bis die Entladung an Kathode 16 eintrifft. Der Entladungsstrom,
der durch Kathode 16 fließt, betätigt Relais A und ebenso Nachrichtenregistriergerät
34, so daß die Beendigung der ersten Entladungsfolge aufgezeichnet ist. Durch das
Ansprechen des Relais A wird Anode i i von Klemme 28 und Batterie 29 abgeschaltet.
Die Entladungen an allen Entladungsstrecken der Röhre 48 mit Ausnahme an Hilfsstrecke
14 fallen somit zusammen; es muß aber einige Zeit vergehen, bevor die Ionisationspegel
auf ihre ursprünglichen Werte, die. sie vor dem Entladungsablauf hatten, zurückgekehrt
sind, Um in Röhre 48 ohne Unterbrechung des Impulsaufnahmevorganges Entionisation
zu ermÖglichen, übernimmt Röhre 17 die Arbeit, bis die Entladung Kathode 22 erreicht
und Relais .1 so, arbeitet, daß Röhre 17 abgeschaltet wird und Röhre .I8 erneut
in Tätigkeit tritt, wobei gleichzeitig die Registriervorrichtung 34 um eine Zähleinheit
weitergeschaltet wird.
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Wie oben betont, muß der Abstand zwischen den Entladungsstrecken der
Wiederholungsgeschwindigkeit der Impulse angepaßt sein. Wenn bei hoher Zählgeschwindigkeit
die Entladungsstrecken zu weit voneinander entfernt sind, würde die Ionisation aus
einer Entladung nicht Zeit genug haben, die Nachbarstrecke vor Ankunft des nächsten
Impulses zu erreichen.
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Wenn andererseits die, Abstände zu eng sind, ist es möglich, daß sich
die gesamte Entladungsstreckenenergie auf einen derartigen Wert aufschaukelt, daß
die Batteriespannung hinreicht, die Entladungsstrecken zu zünden, ohne irgendeine
weitere Impulsspannung. Im allgemeinen kann man sagen, daß bei einem gegebenen Gasgemisch
und gegebenen Druck und einem gegebenen Abstand der Entladungsstrecken bei Rechteckimpulsen
gegebener
Breite eine Röhre hergestellt werden kann, die für alle
Zählgeschwindigkeiten bis zu einem bestimmten Maximum zufriedenstellend arbeitet,
wenn aber die Zeitspanne zwischen den Impulsen niemals größer wird als eine gegebene
Zeit, dann kann die Zählgeschwindigkeit auf einen höheren Wert gesteigert werden,
der von der gegebenen Zeit abhängt.
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Bei Verwendung von Nickelelektroden und dem oben angegebenen Gasgemisch
und -druck ergeben die folgenden Datei die optimalen Werte für Röhre und Schaltun.
| Abstand Anode - Kathode ...... 2 MM |
| Zündspannung hs . . . . . . . . . . . . . . . 300 Volt |
| Unterhaltsspannung VM . . . . . . . . . 185 Volt |
| Maximale Impulswiederholungs- |
| frequenz ioo kHz . . . . . . . . . . . . . 6o kHz 4o kHz |
| Abstand Kathode -Kathode (ein- |
| schließlichderHilfszündkathode) 3 mm 5 mm |
Diese Zählgeschwindigkeiten werden bei Verwendung einer stabilisierten Unterhaltsspannung
von 1
95 Volt (Anode -Kathode) erreicht, ferner wenn die Rechteckimpulse eine
Dauer von i ,us und eine Amplitude von 4o bis
50 Volt aufweisen und bei Entladungsströmen
von i mA je Kathode (einschließlich der Hilfskathode).
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Es wird einleuchten, daß verschiedene andere Elektrodenanordnungen
möglich sind, außer denen, die in der vorliegenden Beschreibung für Folgeentladungsröhren
angegeben sind. Weiterhin können, obschon die Röhren nach Fig. i und 4 mit zehn
Zählstrecken dargestellt sind, viel mehr Strecken vorgesehen werden, z. B. können
die Anoden sägezahnartig angeordnet sein wie die Kathoden 12 und i9 der Fig. 6.
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In Fig. 7 ist eine praktische Ausführungsform einer Zählröhre, die
acht Entladungsstrecken aufweist, mit getrennten Kathoden dargestellt. Die Röhre
35 weist einen normalen Glaskolben 36 auf, der mit einem normalen 8-Kontakt-Sockel
verschmolzen ist und mit dem obenerwähnten Gasgemisch aus Neon, Argon und Wasserstoff
gefüllt ist. Die Elektrodenhalterung 38 besteht aus einem Isoliermaterial. Diese
Halterung 38 weist einen zylindrischen Mittelstab 39 auf, der die Mitten der kreisförmigen
Scheiben 41 und 4o verbindet. Die Elektroden weisen einen Satz von acht Nickeldrähten
auf, die die Kathoden 42 bilden und senkrecht in Scheibe 41 befestigt sind und aus
ihr herausragen: Diese Kathoden sind in der Nähe der Peripherie der Scheibe 41 kreisförmig
angeordnet. Mit Ausnahme eines etwas größeren Abstandes, der die erste und letzte
Kathode der Anordnung voneinander trennt, sind die Kathoden praktisch alle gleich
weit voneinander entfernt. Scheibe 40 trägt eine gleiche Anordnung von Anodendrähten
43. Je eine Anode liegt in gerader Linie mit einem Kathodendraht und bildet so eine
Entladungsstreckenanordnung, in der die Entladungsstrecken gleiche Längen aufweisen.
Die Kathodendrähte 42 sind auf der Unterseite der Scheibe 41 mit Haltedrähten 44
verbunden, die zu den in dem Glasfuß 37 eingeschmolzenen Stiften 45 führen, die
dazu dienen, den ganzen Elektroden2,ufbau und Teil 38 zu tragen. DieAnodendrähte
43 sind auf der oberen Seite, der Scheibe 4o untereinander und durch den Draht 46
mit der Kappe 47 verbunden. Um die Entladungen auf die Enden der Drähte 42 zu beschränken,
sind diese Drähte mit Ausnahme der Spitzen mit Aluminiumoxyd überzogen.
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In Fig. 8 ist eine Schaltung unter Verwendung von Röhre 35 dargestellt,
in der die einzelnen Kathoden 42 der Fig. 7 durch die kleinen Kreise 5o, 51 bis
57 dargestellt sind, und die entsprechenden Anoden sind durch die kleinen Kreise
43' dargestellt. DieAnoden 43' sind mit einer stabilisierten Spannungsquelle verbunden,
die durch Batterie und Drossel 58 dargestellt ist. Ferner sind die Anoden 43' über
einen Widerstand 59 und Sperrkondensator 6o mit der Eingangsklemme 61, an der die
Impulse ankommen, verbunden. Kathode 5o ist als Hilfszündka.thode geschaltet und
über den veränderlichen Widerstand 62 mit einer Potentialque-lle-, dargestellt durch
Batterie 63, verbunden.
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Die Abstände 5o - 5 i - 52 ... 57 von Kathode zu Kathode sind
praktisch alle gleich, der Abstand 57-50 aber ist etwas größer als der Abstand
5o - 5 i. Die, Kathoden 5 i bis 56 sind alle direkt mit Erde verbunden, während
Kathode 57 über Impulstransformator 64 mit Erde verbunden ist; während die Sekundärwicklung
dieses Transformators die Ausgangsimpulse zu Kontakt 65 führt.
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Es sei vorausgesetzt, daß der Hilfsstrom durch Kathode 5o entsprechend
so reguliert worden ist, daß der Spannungspegel an 51 höher ist als an irgendeiner
anderen Entladungsstrecke. Der erste Impuls eines Impulszuges hat dann die Wirkung,
daß er bei 51 eine Entladung aufbaut, die durch Batterie 58 aufrechterhalten wird.
Es sei angenommen, daß die Entladungsstreckenabstände 50 - 57 und 5o - 5 i untereinander
nahezu derart gleich sind, daß die Wirkung statischer Entladungen von 5o - 5 i das
gleiche Ionisationspote.ntial bei 52 und 57 erzeugen würde; unter dynamischen Verhältnissen
jedoch wird 52, da es dichter an 51 als an 57 liegt, einen höheren Spannungspegel
während des Zwischenimpulsinte.rvalls erreichen als 57, so daß 52 vorbereitet wird
und bei dem zweiten Impuls statt 57 zündet. Die Anordnung ist so getroffen, daß
der Spannungsabfall in Widerstand 59, wenn eine Entladung stattgefunden hat, falls
erforderlich, zusammen mit einer Verzögerung der Wirkung der Spannungsstabilisierung
des Batteriekreises 58 hinreicht, daß nicht mehr als eine Strecke gleichzeitig durch
irgendeinen Impuls gezündet wird. So wird bei dem ersten Impuls 57 nicht zünden,
selbst wenn sein Energiepegel wegen des Ionisationspotentials von 5o nur um Bruchteile
kleiner ist als der von 5 i, während bei dem zweiten Impuls 52 zündet, nicht aber
57. Um Unklarheiten zu vermeiden, sei betont, daß selbst dann, wenn Rechteckimpulse-
mit unendlicher Steilheit der vorderen Flanken ankommen, eine kurze Verzögerung
eintritt, wie bereits früher ausgeführt, bevor eine Hilfsstrecke zünden wird; diese
Verzögerung ist hinreichend, um zu gewährleisten, daß eine
Strecke,
deren Energiepegel um Bruchteile höher ist als der Energiepegel einer anderen Strecke,
zuerst zünden wird. In gleicher Weise wird 53 bei dem dritten Impuls zünden, und
die Entladungen gehen der Reihe nach weiter, bis 57 gezündet wird. Der Entladungsstrom
durch 57 erzeugt an Klemme 65 einen Ausgangsimpuls, der anderen Schaltungen zugeführt
werden kann, die in sich Mittel enthalten, um die Entladungen an den Kathoden 5
i bis 57 zum Löschen zu bringen und so die Röhre für einen weiteren Impulszug aufnahmefähig
zu machen.
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Aus dem Obengesagten geht hervor, daß die Röhre 3:5 in der gleichen
Weise arbeiten würde, wenn alle Abstände zwischen den Kathoden genau die gleichen
wären, der Anoden-Kathoden-Abstand, der zur Kathode 5 i gehört, aber etwas kürzer
wäre als die anderen. In der Praxis ist es unmöglich, alle Strecken genau gleich
in Länge oder Abstand zu machen. Daher ist es in einer derartigen Röhre 35 mit annähernd
gleichen Abständen und Längen der Entladungsstrecken so, daß irgendeine Kathode
als Hilfskathode genommen werden kann, und die Entladung geht ringsherum. Vom schaltungstechnischen
Standpunkt aus betrachtet, ist es natürlich vorzuziehen, daß eine absichtliche Unsymmetrie
eingeführt wird, so daß in der Praxis bei allen Röhren der gleichen Bauart eine
bestimmte Kathode als Anlaßkathode benutzt wird und die Entladefolge im gleichen
Sinne vor sich geht.