-
Einrichtung mit steuerbarer Gasentladungsröhre Zusatz zum Patent
912 976
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung mit steuerbarer Gasentladungsröhre,
insbesondere einen Verstärker oder Schwingungserzeuger, nach Patent 912
976, und besteht darin, daß in dem Kathodenanschluß des Steuerkreises zwischen
einem Kathodenwiderstand und einem Kondensator ein Widerstand eingeschaltet ist,
wodurch eine Verstärkungserhöhung erzielt und die Stabilität des Steuervorganges
erhöht wir& Bei einem mit stetig steuerbarer Gasentladungsröhre gemäß Hauptpatent
ausgebildeten Verstärker oder Schwingungserzeuger usw. wird zweckmäßig mittels negativer
Gittervorspannung die Ruhebrennspannung des Gasentladungsgefäßes erhöht, und zwar
entweder zwecks Erzielung eines entsprechenden Aussteuerbereiches oder insbesondere
auch zwecks nach den Feststellungen des Erfinders dadurch möglicher Schaffung günstigerer
Verhältnisse für die Steuerung mittels Hochfrequenzschwingungen. Die zur Ruhebrennspannungserhöhung
erforderliche Gittervorspannung wird vorteilhaft von einem Kathodenwiderstand abgenommen,
wodurch gleichzeitig auch die fallende Charakteristik der Gasentladung mehr oder
weniger in eine steigende umgewandelt wird. Durch einen Glättungskondensator parallel
zum Kathodenwiderstand kann jedoch dabei auch erreicht werden, daß für die rascheren
Steuerspannungsschwankungen der negative innere Widerstand der Gasentladungsstrecke
erhalten bleibt und verstärkungserhöhend wirken kann.
-
Der Erfinder hat nun gefunden, daß durch Einschaltung eines Widerstandsgliedes
zwischen Kathodenwiderstand einerseits und Kathodenleitungsanschluß
eines
überbrückungskondensators andererseits die Wirksamkeit, insbesondere die Verstärkungsziffer
einer solchen Schaltung mit stetig stenerbarer Gasentladungsröhre noch verbessert
werden kann. Offenbar wird dadurch eine Art Trennung der Funktionen von Kathodenwiderstand,
der die Charakteristiksteigung für Gleichstrom erhöht, 'und Gitterkreis mit Überbrückungskondensator,
welche Funktion der Röhre als negativer Widerstand bewirken sollen, erzielt.
-
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in der Zeichnung
schematisch dargestellt. Es zeigt die Fig. i ein Prin'zipschema, Fig. 2 eine besondere
Ausbildungsart der Schaltung und einer zur Verwendung geeigneten Röhrenkonstruktion
in halbschematischer Darstellung.
-
In der Fig. i ist mit 178 ein Gasentladungsgefäß bezeichnet, welches
eine Kathode K, zweckmäßig, wie dargestellt, eine fremdgeheizte Glühkathode, ein
Steuergitter G und eine Anode A enthält. In der Kathodenableitung
liegt ein Widerstand R, der zur Erzeugung einer negativen Vorspannung für den Steuergitterkreis
und insbesondere auch Hervorrufung einer für Gleichspannungsbetrieb steigenden Charakteristik
(statische Charakteristik steigend) des Gasentladungsgefäßes dient, so daß ein weiterer
besonderer Strombegrenzungswiderstand auch bei Speisung des Anodenkreises mit Gleichstrom,
in demselben gegebenenfalls auch ganz entbehrlich ist. Die Steuerspannung
E, der Anordnung ist zwischen Steuergitter G und der negativen Seite
des Kathodenwiderstandes R angelegt, wobei jedoch in der Kathodenanschlußleitung
des Steuerkreises ein Widerstandsglied T vorgesehen ist, welcher Widerstand in Verbindung
mit einem zwischen Kathode und Stenerkreisanschluß gelegten Kondensator 179 nach
den Feststellungen des Erfinders eine Er -höhung der Wirksamkeit des Steuereinflusses
der Modulation E, bewirkt, was in einer Verflachung der dynamischen Charakteristik
(Erhaltung des negativen inneren Widerstandes der Gasentladungsstrecke für die Steuerwechselspannungen)
seine Wirkungsursache zu haben scheint.
-
Es kann gegebenenfalls auch Vorteile bieten, eine höhere negative
Vorspannung als erforderlich mittels des Kathodenwiderstandes R zu erzeugen und
eine zusätzliche konstante Vorspannung z. B. in Form einer Batterie i8o vorzusehen,
durch welche das Ruhepotential des Steuergitters wieder auf den zweckmäßigsten Wert
reduziert wird. Dies erscheint insbesondere in Hinblick auf Beherrschung hoher Brennspannungswerte
zweckmäßig.
-
Was die Bemessung des Trennwiderstandes T betrifft, so kann gesagt
werden, daß der Ohmwert desselben gleich oder größer als derjenige des Kathodenwiderstandes
R gewählt werden soll; gegebenenfalls kann derselbe mit Vorteil 2- bis 5mal, insbesondere
auch iomal und mehr größer als der Kathodenwiderstand gewählt werden. Werte des
Trennwiderstandes T von i ooo bis 5 ooo bis io ooo Ohm, gegebenenfalls auch
mehr, haben sich sehr bewährt. Bei einer solchen Bemessung erscheint auch die Verwendung
eines besonderen Sicherheitswiderstandes im Gitterkreis überflüssig. Der Kondensator
179 wird zweckmäßig etwa zwischen o,i bis einigen Mikrofarad gewählt, wobei jedoch
der vorgenannte Wert nicht als unterer Grenzwert gelten soll, sondern gegebenenfalls
auch unterschreitbar sein dürfte. Bewährt hat sich eine Ausführung mit einem Blockkondensator
von 2 yF, auch ein Elektrolytkondensator von etwa 25 juF konnte mit Vorteil
Verwendung finden.
-
Bei normaler Verwendung eines gesteuerten Gasentladungsgefäßes und
insbesondere auch bei Benutzung eines Sicherheitswiderstandes in der Gitterzuleitung
konnten verschiedene Unstimmigkeiten in der Gitterwirkung, wie unerwünschte Schwingungserscheinungen,
Verzerrungen und teilweise auch Versagen der Gitterwirkung bei höheren Belastungen,
beobachtet werden. Diese Erscheinungen sind durch die erfindungsgemäße Anordnung
überraschenderweise ebenfalls weitgehend vermieden, offenbar infolge der trennenden
Wirkung des Widerstandes T, derzufolge das Gitter mit der Kathode durch den Kondensator
179 verbunden und nur von der Steuerspannung E, beeinflußbar erscheint.
-
Die Steuerelektrode liegt zweckmäßig, wie im Hauptpatent beschrieben,
in den kathodischen Entladungsteilen einer zwischen Kathode und Anode übergehenden
selbständigen oder halbselbständigen, insbesondere lichtbogenartigen Gasentladung
(im negativen Glimmlicht oder Faradavschen Dunkelraum, insbesondere in dem zwischenliegenden
Grenzgebiet dieser Entladungsteile, bezogen zweckmäßig auf die noch unbeeinflußte
Entladungs-, d. h. bei unangeschlossener Steuerelektrode oder insbesondere
dem umgebenden Entladungsraum entsprechenden Potential derselben, vorzugsweise vor
einer Glühkathode; sie ist dabei zweckmäßig feinmaschig ausgebildet (Gittermaschenweite
in der Größenordnung des Langmuirschen Dunkelraumes um die Gitterelektrode beim
gegebenen Gasdruck, offenbar zweckmäßig bei den in Frage kommenden Gitterspannungen
gleich oder kleiner als dieser). Der Druck der Gasfüllung des Gefäßes besitzt etwa
einen bei Stromrichtern od. dgl. üblichen Wert, liegt z. B. für eine Edelgasfüllung
in der Größenordnung einiger Torr (etwa zwischen o,i bis 3o Torr, insbesondere zwischen
i bis io Torr), für eine Quecksilberdampffüllung beispielsweise in der Größenordnung
ior-3 bis io-2 Torr. Die Maschenweite des Steuergitters in Millimetern wird vorteilhaft
in der Größenordnung einiger zehntel Millimeter gewählt, für Hochfrequenzverstärkung
od. dgl. etwa zwischen o,5 bis i mm, gegebenenfalls aber, insbeso'ndere für andere
Zwecke, auch größer oder vor allem kleiner. Die Gasentladungsröhre des4, Erfindungsgegenstandes
besitzt ohne Steuergitterwirkung, solange das Steuergitter nicht negativ gegenüber
dem Potential des umgebenden Entladungsraumes ist, zweckmäßig eine Ruhebrennspannung
von etwa io bis 2o Volt, welche mittels der vom Kathodenwiderstand R erzeugten Gittervorspannung,
z. B. bis auf ioo Volt oder gegebenenfalls auch noch ganz bedeutend höher, gesteigert
werden kann.
Die Fig. 2 zeigt die halbschematische Darstellung einer
Röhre 181, in welcher eine zweckmäßig indirekt geheizte Glühkathode K, Anode
A und S teuergitter G in geeigneter Ausbildung angebracht
sind. Die äußere Schaltung unterscheidet sich von der Anordnung gemäß Fig. i im
wesentlichen dadurch, daß kein besonderer Kathodenwiderstand R vorgesehen ist, sondern,
die Heizwendel RK der Glühkathode K gleichzeitig auch als Kathodenwiderstand zur
Erzeugung der negativen stabilisierenden Gittervorspannung dient, indem der Entladungsstrom
über dieselben geleitet wird. Die Heizwendel RK ist zu diesem Zweck etwa, wie dargestellt,
mit einem Ende an die Kathodenemissionsfläche geschaltet, deren Anschluß über den
Quetschfuß züm Kondensator 179 und zur einen Heizstromleitung führt, während
die andere Wendelableitung den negativen Endteil des Entladungsstromkreises bildet,
an den der Gitterkreis über den Trennwiderstand T angeschlossen ist sowie als die
zweite Zuführung des Kathodenheizkreises dient. Mit E,
und Eh sind
die anzulegende Anoden- und Heizspannung angedeutet. Die Anodenspannung soll in
der Regel erst eingeschaltet werden, wenn die Glühkathode durch die Fremdheizung
bereits auf Betriebstemperatur gelangt ist, während andererseits die Fremdheizung
nach Zünden der Entladung, insbesondere bei einer Schaltung gemäß Fig. 2, zumeist
ganz abschaltbar oder zumindest ohne weiteres weitgehend verminderbar ist. Die zweckmäßige
Gestaltung dieser Betriebsbedingungen kann vorteilhaft auch durch gegebenenfalls
automatische Zwangläufigkeiten erzielt werden, z. B. wird bei Einschaltung des Anodenstromes
durch den gleichen Schalter der Heizstrom abgeschaltet oder vermindert, welche Schaltvorgänge
etwa auch durch ein beim Einschalten des Heizstromes in Gang gesetztes, auf die
Wärmeträgheit der Kathode eingestelltes Zeitrelais erfolgen können. In dem Anodenkreis
sind noch die in Frage kommenden Verbraucher, z. B. Anodenwiderstand und Kopplungskondensator,
Hoch- oder Niederfrequenztransformator od. dgl., vorzusehen.
-
Der Widerstand der Wendel RK kann natürlich erforderlichenfalls auch
noch durch einen äußeren Widerstand R ergänzt, d. h. eine Kombination der
Anordnungen nach Fig. i und 2 diesbezüglich gebildet werden.
-
Was die zweckmäßige Konstruktion einer zu verwendenden Röhre, wie
dargestellt, betrifft, so ist mit Vorteil der Abstand Gitter-Kathode relativ größer
(z. B. 5 bis 30 mm, insbesondere etwa io bis 15 mm), der Abstand Gitter-Anode
relativ gering gewählt (z. B. 5 bis insbesondere etwa i mm, zweckmäßig soll
das negative Glimmlicht durch das Steuergitter bis zur Anode erstreckt werden),
die Länge des Gitterzylinders größer, diejenige des Anodenzylinders mäßig gehalten.
Durch eine solche Gestaltung des Röhrenaufbaues wird die durch die Erfindung angestrebte
Stabilisierung und Verstärkungserhöhung wesentlich unterstützt. Als Anode kann gegebenenfalls
vorteilhaft auch ein einfacher zentraler Drahtring Verwendung finden. Die Anodenableitungs-
und Stützdrähte sind zweckmäßig mit Isolierhüllen 182 umgeben, damit die Entladung
nicht eventuell sogar unter Umgehung des Gitters nach denselben zünden kann. Eine
solche Umhüllung ist für Gasentladungsgefäße (Gleichrichter usw.) zur Vermeidung
der Erhitzung von Stromzuführungsdrähten an sich bekannt, dient hier jedoch insbesondere
zur Sicherung der stetigen Steuerbarkeit der Röhre. Für diese Umhüllung kommen Röhrchen
aus Keramik oder Quarz oder eine keramische Aufspritzmasse od. dgl. in Betracht.
Auch die übrigen Ableitungen können gegebenenfalls so behandelt werden. Das Steuergitter
ist gemäß Darstellung zwar mittels Stützdrähten auf dem Quetschfuß befestigt, seine
Ableitung aber zu einer eigenen Durchführung am oberen Röhrenende mit aufgesetztem
Anschlußkäppchen 183 geführt. Diese zunächst scheinbar widersinnige Gestaltung ist
dadurch begründet, daß die Ableitungen im Innern der Röhre zwar nach den Feststellungen
des Anmelders durch die Entladung selbst (Raumladungen der positiven Ionen) elektrostatisch
gegeneinander abgeschirmt sind, indessen dies aber natürlich nicht für die außerhalb
des Gasraumes befindlichen Ableitungen gilt. Für Hochfrequenzbetrieb, insbesondere
für die Erzeugung oder Verstärkung elektrischer Kurz- oder Ultrakurzwellen (für
Wellenlängen von z. B. 5 in bis herab zu etwa i cm oder weniger), wird daher
zweckmäßig die dargestellte gesonderte Gitterableitung angewendet, während auf Grund
des vorerwähnten Erkenntnisses der Verhältnisse die stabile Befestigung der Gitterstützdrähte
im Quetschfuß durchaus zulässig ist. Gegebenenfalls könnte statt der Gitter- auch
die Anodenableitung getrennt herausgeführt werden, was jedoch weniger zweckmäßig
erscheint. Ferner kann gegebenenfalls unter Vermeidung von Stützdrähten im Quetschfuß
für die zur oberen Ableitung geführte Elektrode diese auf einem Isolierteil aus
Keramik od. dgl. befestigt sein, der andererseits wieder an den anderen gestützten
Elektroden gehaltert ist, z. B. auf einer Bodenplatte ruhen, durch welche die vom
Quetschfuß ausgehenden Stützdrähte der übrigen Elektroden hindurchführen.
-
Die Ausdehnung des Steuergitters ist zweckmäßig wesentlich größer
als diejenige des aktiven Teiles (ernittierenden Belages) der Kathode. Zweckmäßig
beträgt die Länge des Steuergitterzylinders G mindestens das I,5fache, vorteilhaft
das 2- bis 3fache und darüber, des emittierenden Kathodenzylinderteiles. Beispielsweise
war bei einer praktischen Ausführung die Länge der aktiven Kathodenschicht 12 mm,
die Länge eines Steuergitterzylinders von 13 mm Innendurchmesser betrug dabei
32 mm, bei einer anderen Bauart war die aktive Kathodenschicht
13 mm lang, ein Gitterzylinder von 30 mm Trinendurchmesser besaß eine
Länge von etwa 4o mm. Bei diesen Ausführungen waren die Gitter an beiden Seiten
offen, ohne daß jedoch die Entladung die Tendenz zeigte, dieselben zu umgehen. Als
Anode wurde in beiden Fällen ein Blechzylinder von etwa 15 mm Länge in geringem
Abstand vom Gitter (Durchmesser des Anodenzylinders wenig
größer
als der des Gitterzvlinders) verwendet. Die größere Ausdehnung der ditter scheint,
soweit feststellbar, auch verstärkungstechnische Vorteile zu bieten.
-
Kondensator 179 und Widerstand T sowie ein angewendeter äußerer
Kathodenwiderstand R können vorteilhaft in einen Sockel der Röhre 181 eingebaut
werden, wodurch eine besonders einfache äußere Schaltung eines Verstärkers, Schwingungserzeugers
od. dgl. erzielbar ist, da sodann im wesentlichen nur zwei Anschlüsse für die Steuerspannung,
zwei Leitungen für den Anodenkreis und eine Heizleitung (oder ebenfalls zwei) nach
außen zu führen sind (normaler 5-Stift#Sockel verwendbar oder 4-Stift-Sockel und
Kappenanschluß usw.), dabei aber fast keine äußeren Zusatzeleinente mehr erforderlich
erscheinen. Unter Umständen, insbesondere bei kleineren Röhren mit geringer Kathodenmasse
(kleiner Wärmeträgheit der Glühkathode), kann gegebenenfalls eine Fremdheizung auch
überhaupt entfallen und die Einrichtung durch bloßeb unmittelbares Einschalten des
Anodenkreises in Betrieb gesetzt werden. Die Kathode besteht in diesem Falle zweckmäßig
aus einer allseitig geschlossenen Kapsel (Topf usw.) aus dünnem Blech, die mit vielen
kleineren Löchern versehen (perforiert) und im Innern mit einem emittierenden Oxyd
od. dgl. gefüllt ist, wobei statt des Bleches gegebenenfalls auch ein feinmaschiges
festes Drahtnetz verwendet werden kann. Oder die Kathode besteht etwa auch aus einem
beispielsweise aus Wolframstaub und emissionsfähigem Oxyd od. dgl. hergestellten
Sinterkörper, der eng mit für die Entladungsstromstärke ausgelegtem, d. h.
relativ dünnem Draht umwickelt ist (diese Anordnung wirkt ähnlich einer direkt geheizten
Glühkathode, deren Heizstrom nach Zündung der Entladung abgeschaltet wird), der
Sinterkörper besitzt dabei zweckmäßig einen Metallkern, der vorteilhaft mit der
(einen) Wendelableitung verbunden und sodann als Kathodenableitung behandelt wird,
als welche ohne solchen Kern die Wendelableitung allein dienen würde. Von der Heizwendel
(Sinterkörperumspinnung) werden zw-eckmäßig beide Enden nach außen geführt, auch
wenn nur eine derselben für die Schaltung des Dauerbetriebes erforderlich ist, was
für die Aktivierung der Kathode (Sensibilisierung der emiss-ionsfähigen Substanz)
zweckmäßig erscheint, die während dieser Zeit vorteilhaft als direkt geheizte Glühkathode
geschaltet wird; gegebenenfalls kann natürlich auch der Dauerbetrieb bzw. die jeweilige
Inbetriebsetzung der Einrichtung mit direkt geheizter Glühkathode erfolgen. Ebenso
ist Verwendung einer sogenannten kalten Kathode (Glimmentladtingskathode) od. dgl.
denkbar.
-
Gegebenenfalls können Kondensator 179 und/oder Widerstand T auch im
Gasraum des Röhreninnern untergebracht werden, insbesondere für geringe Röhrenleistungen
(Entladtingsstrom z. B. io bis ioo mA), wo der Widerstand T mit kleinen
Ab-
messungen (hohem Widerstandswert, z. B. io ooo bis ioo ooo Ohm) ausführbar
ist, sowie für sehr hohe Frequenzen, die eine geringe Größe des Kondensators
179 zulassen.
-
Besondere Bedeutung kommt dem Erfindungsgegenstand auch für Stromrichterzwecke,
insbesondere für die Umformung von Gleichstrom in Wechselstrom (Wechselrichter)
od. dgl. zu, da er hier die Erzeugung von rein kurvenrichtigen unverzerrten Schwingungen,
d. h. unter Vermeidung von Oberwellen usw., bis zu höchsten Spannungen und
Strömen mit besonderer Betriebssicherheit und unter weitgehender Verrneidung von
die einwandfreie Funktion gefährdenden Diskontinuitäten gestattet, ohne wie ersichtlich
nennenswerten Aufwand zu erfordern. Es ist überhaupt verblüffend, -wie mit einer
solchen relativ primitiven Ausgestaltung die Funktion eines steuerbaren Gasentladu-ngsgefäßes,
wie beschrieben, überraschend verbessert werden kann.
-
Besonders vorteilhaft erscheint der Erfindungsgegenstand für Betrieb
des Gasentladungsgefäßes mit höheren Spannungen, z. B. für Gefäßbrennspannungen
von ioo bis goo bis iooo Volt und insbesondere auch darüber, wo die stabilisierende
Wirkung der erfindungsgemäßen Anordnung besonders von Bedeutung ist, ferner aber
auch für höhere Ströme, etwa i bis 5 bis io Amp. und insbesondere darüber,
wo wieder in der Regel die verstärkungserhöhende Wirkung besonders in den Vordergrund
tritt. Es erscheint daher der Erfindungsgegenstand, da es, wie ersichtlich, sowohl
auf den Strom als insbesondere auch die Spannung ankommt, besonders für Anlagen
größerer Leistung z. B. o,i bis i bis io kW oder insbesondere darüber, vorzugsweise
geeignet, etwa für Kraftverstärker, drahtlose Sender, Wechselrichter, Umrichter
oder gesteuerte Gleichrichter für Kraftwerke usw. Ferner erscheint der Erfindungsgegenstand
auch besonders geeignet für die Erzeugung oder Verstärkung niedriger Frequenzen
etwa unter ioo Hz, insbesondere z. B. 50, 25, 161/3 Hz, oder auch Verstärkung
von Niederfrequenzmodulationen (etwa 16 bis 2o ooo Hz), wiewohl derselbe auch für
den Betrieb mit höchsten Ultrakurzwellenfrequenzen geeignet ist.
-
Gegebenenfalls kann an Stelle eines ohrnscheil Widerstandes T auch
eine Induktivität (Drosselspule) Anwendung finden, welche sodann vorteilhaft mit
dem Kondensator 179 etwa auf für den Betrieb in Frage kommende Frequenzen abgestimmt
werden und als Serienresonanz wirken kann.
-
Die in den Fig. i und 2, dargestellten Anordnungen sind insbesondere
für Abschaltung einer vorgesehenen Fremdheizung der Glühkathode nach Inbetriebsetzung
des Gasentladungsgefäßes gedacht oder für Dauerkathodenheizung mittels Gleichstrom.
Die Heizspannung, insbesondere auch eine Wechselspannung für Dauerheizung, kann
gemäß Fig. i auch zwischen dergezeichnetenHei7wendelableitung und der Kathode (oberer
Anschluß des Widerstandes R und Kondensators 179) angelegt werden, oder es
können natürlich in an sich bekannter Weise auch zwei getrennte Kathodenheizleitungen
der indirekt geheizten Glühkathode vorgesehen werden.
Es kann weiterhin
beim Erfindungsgegenstand auch ein Gasentladungsgefäß mit mehreren steuerbaren Entladungsstrecken
(Anoden) und gemeinsamer Kathode Verwendung finden d. h. die erfindungsgemäße
Anordnung an der Kathode auch mehreren Gasentladungsstrecken (Gitterkreisen) gemeinsam
sein.