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Gasgefüllte elektrische Entladungsröhre mit kalter Kathode Zusatz
zum Patent 911874
In der Patentschrift gzi 874 werden Kaltkathodenentladungsröhren
mit getrennten Entladungsstrecken beschrieben, bei welchen die getrennten Entladungsstrecken
so angeordnet sind, daß beim Anlegen der Spannungsimpulse an die Entladungsstrecken
auf Grund der Ionisationskopplung zwischen benachbarten Entladungsstrecken aufeinanderfolgende
Entladungsstrecken der Reihe nach gezündet werden.
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Die Erfindung befaßt sich mit Kaltkathodenentladungsröhren mit getrennten
Entladungsstrecken, bei welchen die Zündspannung einer Zündstrecke durch das Vorhandensein
einer Entladung einer benachbarten Zündstrecke infolge der Ionisationskopplung herabgesetzt
wird. Die Erfindung betrifft eine mit kalter Kathode versehene gasgefüllte elektrische
Entladungsröhre, welche mindestens ein Paar von Zündstrecken aufweist, in welchen
unter dem Einfluß angemessener Polarisationsspannungen die Ionisationsprodukte von
der ersten Zündstrecke des Paares leichter zur zweiten Zündstrecke wandern können
als umgekehrt von der zweiten zur ersten. Dabei kann die Zündspannung der zweiten
Zündstrecke durch die Entladung der ersten herabgesetzt werden, während die Zündspannung
der ersten Zündstrecke praktisch von der Entladung der zweiten unabhängig ist.
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Ein anderes Merkmal der Erfindung sieht eine gasgefüllte elektrische
Entladeröhre mit kalter Kathode
vor, «-elche mindestens zwei Zündstrecken
aufweist, und bei welcher die Entladung der ersten Zündstrecke die Zündspannung
der zweiten Zündstrecke um einen größeren Wert heruntersetzen kann als die Entladung
gleicher Größe der zweiten Zündstrecke die Zündspannung der ersten Zündstrecke heruntersetzt.
Dabei kann die Entladung der zweiten Entladungsstrecke durch die An- oder Abwesenheit
einer Entladung in der ersten Entladestrecke bedingt sein. Die letztere bleibt praktisch
unabhängig von der Entladung der zweiten Entladestrecke.
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Obwohl viele Anwendungsmöglichkeiten solcher Röhren dem Fachmann bekannt
sind, ist die vorliegende Erfindung zu dem Zwecke erdacht, zwei oder mehr Folgeentladungsanordnungen
mit praktisch in einer Richtung erfolgender Kopplung zwischen ihnen in einer Röhrenumhüllung
zu verwenden. Röhren mit Folgeentladungsanordnungen sind so ausgebildet, daß, wenn
eine Entladestrecke zündet, die Ionisationsprodukte zur benachbarten Strecke wandern
und dort die Zündspannung erniedrigen. Auf diese Weise können aufeinanderfolgende
Spannungsimpulse, die gemeinschaftlich an die Elektroden gelegt werden, das Zünden
der Strecken in einer Folge von einer gegebenen Startstrecke aus veranlassen. Solche
Röhren können unter anderem als elektrische Zähleinrichtungen in Rechenmaschinen
oder als Nachrichtenzeichen in automatischen Telephonstromkreisen verwendet werden.
Wenn es erwünscht ist, kann eine stetige Polarisationsspannung zwischen die Anoden
und die Kathoden der Strecken der Folgereihe gelegt werden, so daß eine Strecke,
wenn sie einmal gezündet hat, unendlich lange im Entladezustand verbleiben kann.
Um die Entladungen zu löschen, muß die Polarisationsspannung entfernt oder lange
genug unter einen kritischen Wert herabgesetzt werden (die Brennspannung), so lange,
bis Entionisierung eingetreten ist. Sofern Zählungen hoher Geschwindigkeit beabsichtigt
sind, kann es daher notwendig werden, wechselweise ein Paar Röhren zu verwenden,
deren eine den Zählvorgang ausführt, während die andere entionisiert. Es wurde bereits
vorgeschlagen, zwei oder mehr Entladeröhren in einer einzigen Umhüllung unterzubringen
und so auszubilden, daß die Ionisationskopplung zwischen den Reihen eine zweite
Zählreihe befähigen kann, die Zündung von der ersten Reihe zu übernehmen, während
die Entladungen der ersten Reihe gelöscht werden.
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Die Erfindung sieht eine Kaltkathodenfolgeentladungsröhre vor, die
mindestens zwei Entladereihen aufweist, von denen jede eine Anzahl Kathoden und
eine oder mehrere damit zusammenarbeitende Anoden umfaßt. Die genannte Röhre zeichnet
sich dadurch aus, daß eine Entladefolge längs der genannten Reihen A unabhängig
von den Entladungen der anderen genannten Reihen B stattfinden kann, während Entladungsfolgen
der Reihe B an derjenigen Zündstrecke beginnen, welche durch den Zustand der Entladungen
an Reihe A bestimmt werden. In einer solchen Röhre sind die Entladereihen so dimensioniert,
daß irgendein gegebenes Verhältnis zur Gesamtzahl der Zündstrecken der Reihe A gebildet
und während einer vorbestimmten Zeit unterhalten werden kann, während welcher eine
Entladefolge längs der Reihe B stattfinden kann, um Angaben über die Zahl der Zündstrecken
der Reihe A zu machen, die gezündet hatten.
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Bei den bisherigen Vorschlägen wurde kein Unterschied gemacht, ob
die Kopplung auf elektrischem Weg oder über Ionen erfolgte, alle Ionisationsprodukte
werden darin allgemein Ionen genannt. Einige Merkmale der vorliegenden Erfindung
beruhen auf der unterschiedlichen Behandlung der Wanderung positiver Ionen und Elektronen
zwischen Entladestrecken. Daher werden in einem Anwendungsbeispiel durch den Gebrauch
angemessener Polarisationspotentiale Ionen dazu veranlaßt, von einer Strecke A nach
einer Strecke B zu wandern, während Ionen der Strecke B
daran verhindert
werden, nach der Strecke A zu gehen. In anderen Typen werden Elektronenkopplungen
einer Richtung verwendet, wobei auch eine vernachlässigbare Ionenkopplung vorhanden
ist.
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Im folgenden werden Anwendungsbeispiele der Erfindung mit Bezugnahme
auf die Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt Fig. i eine besondere Anwendung
einer Entladeröhre nach der Erfindung, schematisch dargestellt, Fig. 2 schematisch
eine Ansicht der Entladeröhre der Fig, i, Fig. 3 die Anordnung eines Paares von
Entladestrecken mit in einer Richtung gerichteter Kopplung zwischen ihnen, Fig.
q. eine andere Anordnung der Elektroden eines in einer Richtung gekoppelten Paares
von Entladestrecken, Fig. 5 die Ansicht eines Ausführungsbeispieles der Entladeröhre
gemäß der Erfindung, Fig. 6 und 7 weitere erfindungsgemäße Elektrodenänordnungen,
Fig. 8 ein Diagramm zur Erklärung weiterer Anwendungsbeispiele der Erfindung, Fig.
9 und io weitere Elektrodenanordnungen gemäß der Erfindung, Fig. ii ist ein Schaltschema,
welches die Anwendung eines Ausführungsbeispieles der Erfindung darstellt. In der
Fig, i weist die gasgefüllte Entladeröhre i zwei Reihen von Entladungen 2 und 3
auf, von denen jede über eine gemeinsame Anode q. bzw. q.' verfügt, sowie vier einzelne
Kathoden 5, 5', 6, 6', 7, T, 8, 8', von denen die mit Indizes bezeichneten Bezugsnummern
sich auf den Raum oder die Entladereihe 3 beziehen, während die anderen die Entladereihe
2 betreffen. Außerdem ist eine getrennte Kathode 9 zu sehen, welche eine Hauptkathode
ist und mit der Anode ¢' eine Hauptentladestrecke bildet, damit die Kathoden 5,
5' in ihren Reihen als erste zünden können. Die Anode q.' ist mit einer konstanten
Spannungsquelle io verbunden, welche schematisch als Batterie in Reihe mit einem
Entkopplungswiderstand dargestellt ist. Die Anode q.' ist ferner an eine Signaleingangsquelle
ii geschlossen.
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Die Kathoden 5', 6' und 7' sind über je einen Strombegrenzungswiderstand
12 mit Erde verbunden, während die Kathode 8' noch einen Impulstransformator 13
speist. Die Kathoden 5, 6, 7 und 8 werden über einzelne Widerstände 14. an den negativen
Pol einer stabilisierten Spannungsquelle geschlossen; deren positiver Pol über die
Sekundärwicklung des Impulstransformators
16 reit der Anode q verbunden
ist. Eine Erdverbindung führt zu einem Anschlußpunkt der Speisebatterie 15 und dient
zur negativen Vorspannung der Kathoden 5, 6, 7 und 8 in bezug auf die Kathoden 5',
6', 7' und 8', wenn dieses erforderlich ist. Die Kathode 9 ist über einen variablen
Widerstand 17 und die Vorspannungsbatterie 18 an Erde geschlossen. Alle Kathoden
können angemessenerweise aus Nickelstiften bestehen, welche mit Aluminiumoxyd oder
einer anderen die Entladung verhindernden Substanz überzogen sind mit Ausnahme der
äußersten Spitze, welche der zugeordneten Anode zugewendet ist. In der Praxis werden
die beiden Kathodenreihen parallel zueinander und unter den Anoden angeordnet, wie
es die Fig. 2 sehr schematisch in der Ansicht zeigt. Die durch die Quelle io zugeführte
Spannung ist so eingestellt, daß sie nicht genügt, um irgendeine Entladung an den
Zündstrecken irgendeiner Entladereihe herbeizuführen, die jedoch genügt, um eine
Entladung, wenn sie einmal gezündet hat, aufrechtzuerhalten. Die Kathode 9 ist zur
stetigen Entladung eingerichtet.
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Die Arbeitsweise des Stromkreises geht folgendermaßen vor sich: Eine
positive Impulsreihe, welche im folgenden Wahlimpulsreihe genannt wird, wird an
die primären Klemmen des Transformators 16 gelegt. Diese Impulse sollten in ihrer
Amplitude und Dauer so begrenzt sein, daß -beim ersten Impuls eine Entladung
zwischen der Kathode 5 und der Anode stattfindet. Dabei wird diese Entladungsstrecke
teilweise durch die primäre Entladung an der Kathode 9 erregt. Mit diesem Impuls
sollen keine weiteren Zündstrecken zünden. Die Spannung der Quelle 15 veranlaßt
nun, daß diese Entladung unbegrenzt aufrechterhalten werden kann. Ein zweiter Impuls
veranlaßt die Zündung der Kathode 6. Der dritte Impuls veranlaßt die Entladung an
Kathode 7 und der vierte an Kathode B. An der Klemme ii werden Reihen von Impulsen
einer allgemeinen Wellenform, wie sie i9 zeigt, angelegt. Diese Wellenform umfaßt
eine Reihe positiver Impulse, welchen ein negativer Impuls nachfolgt. Die positiven
Impulse bauen Entladungen an den Zündstrecken der Reihe 3 auf, welche im nachfolgenden
Zählreihe genannt werden soll, während der negative Impuls die Anode 4"s0 weit und
so lange unter die Brennspannung erniedrigt, um alle Entladungen dieser Reihe zu
löschen. Die positiven Impulse können moduliert sein und grundsätzlich eine Mikrosekunde
mittlerer Länge aufweisen. Die Wiederholungsgeschwindigkeit der positiven Impulse
an der Klemme ir kann ioo kHz sein, während die Wählimpulse mit einer Geschwindigkeit
von 12 Hz an den Transformator 16 gelegt werden können. Es sei angenommen, daß jeder
der positiven Impulse der Zählreihe einem einzelnen Sprechkanal zugeordnet sei.
Ferner sei angenommen, daß zwei Wählimpulse an den Transformator 16 gelegt werden.
Diese sollten die Kathoden 5 und 6 zünden und in diesem Zustand erhalten. Wenn nun
der erste Impuls der Impulsreihe i9 an die Klemme i1 gelegt wird, zünden gleichzeitig
die beiden den Kathoden 5' und 6' zugesellten Strecken, sofern die Anordnung so
getroffen ist, daß die Ionisation der Wählstrecken die unmittelbar benachbarten
Zählstrecken zündet. Auf diese Weise veranlaßt daher der zweite Impuls eine Entladung
an der Kathode 7' und der dritte Impuls eine Entladung an der Kathode 8'. Die Entladung
an der Kathode 8' veranlaßt einen entsprechenden Impuls an den sekundären Klemmen
des Transformators 13. Der vierte und letzte positive Impuls hat keinen weiteren
Einfluß, da alle Kathoden der Zählreihe bereits gezündet sind. Der negative Impuls
löscht dann die Entladungen, und die Zündfolge wird wiederholt. Daher erscheint
in der erwähnten Impulsreihe der dritte Impuls an den Ausgangsklemmen des Transformators
13. In der gleichen Weise können z. B. vier Wählimpulse an die primäre Wicklung
des Transformators 16 angelegt worden sein, und der erste Impuls der Reihe i9 wäre
am Ausgang der Kathode 8' erschienen. Wenn also, allgemein ausgedrückt, die Röhre
m Zündstrecken in der Wähl- und Zählreihe aufwiese und n Wählimpulse angelegt würden,
würde der Impuls n - m + i an der Ausgangskathode erscheinen. Außerdem ist
ein Hauptzweck eines solchen Stromkreises der, daß die Zählfolge für die nächste
Reihe korrigiert wird, da die Wählmittel einen dauernden Wählzustand hervorrufen,
wenn durch Interferenz oder andere zeitliche Gründe die Zählreihe in irgendeinem
Impulszug umgestürzt wird.
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Es ist selbstverständlich, daß der in Fig. i gezeigte Stromkreis bloß
zum Zwecke dargestellt wird, allgemein die Röhre in einem Stromkreis darzustellen,
und daß in der Praxis andere Stromkreisanordnungen vorgesehen werden können. Ebenfalls
sind verschiedene Änderungen der Elektrodenanordnung der Röhre i möglich, beispielsweise
solche, welche eine gemeinschaftliche innere Verbindung für die Kathoden 5, 6, 7
und 8 vorsehen. Im folgenden sollen nun die praktischen Schwierigkeiten welche in
Verbindung mit der Entladeröhre überwunden werden müssen, bevor ein Stromkreis,
wie er angedeutet worden ist, arbeitet, betrachtet werden.
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Einmal ist eine große Differenz zwischen den Arbeitsgeschwindigkeiten,
welche für die beiden Ent-Ladereihen erforderlich sind, vorhanden. Dabei arbeitet
eine der Reihen mit der Wählgeschwindigkeit von 12 Hz und die andere mit der Impulswiederholungsgeschwindigkeit
von ioo kHz. Bekanntlich sind die Dimensionen und Abstände der Zündstrecken von
Folgeentladeröhren in hohem Maße durch die erforderliche Zählgeschwindigkeit bestimmt:
Andererseits sollte; um eine Kopplung zwischen entsprechenden Strecken in den zwei
Reihen herzustellen, der Abstand der Strecken für alle derselbe sein. Um die Selbstzündung,
d. h. die aufeinanderfolgende Zündung, veranlaßt durch Ionenstreuung, ohne zusätzlich
durch Signalimpulse an die Strecke gelegte Spannung zu verhüten, muß der Abstand
zwischen den Kathoden in der Wählreihe für eine bestimmte Gasmischung und eine Impulsspannung
so groß wie möglich und der Strom zwischen den Kathoden so klein wie möglich gemacht
werden. Vor der Feststellung der angemessenen Dimensionen für die Entladestrecken
ist es empfehlenswert, die anderen zu überwindenden Schwierigkeiten in Rechnung
zu stellen.
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Angenommen, daß das Problem des Aufbaues eines Paares von Entladereihen
mit gleichen Abständen
zwischen den Kathoden gelöst sei, und die
Anordnung imstande sei, einzeln in weiten Grenzen verschiedener Zählgeschwindigkeiten
zu arbeiten, muß die Frage der gegenseitigen Beeinflussung zwischen zwei Entladereihen
betrachtet werden, wenn sie gleichzeitig ansprechen. Das erste sich ergebende Problem
ist das der Zündung der Entladestrecken der Zählreihe durch die Entladung, welche
an der Wählreihe aufrechterhalten wird, ohne daß Entladungen in der Zählreihe die
Wählreihe beeinflussen und so die Tendenz der Selbstzündung oder einen unsteten
Registrierzustand in der Wählreihe vergrößern. Betrachten wir den Fall, daß eine
Wählzählung von 2 in der Wählreihe aufgebaut worden ist. Dabei ist es erforderlich,
daß die Zündung an den Kathoden 5 und 6 der Reihe 2 aufrechterhalten bleibt. Wenn
während der Zählimpulsreihe, welche an die Reihe 3 gelegt ist, die Kathoden 7' und
8' gezündet werden, besteht die Gefahr, daß diese Entladungen entweder eine oder
beide der letzten Zündstrecken der Reihe 2 zünden, so daß Entladungen dieser Reihe
dazu neigen, längs der Entladereihe an Reihe 3 zu verlaufen. Einige Abhilfe in dieser
Richtung schafft die Vorspannung der Kathoden der Reihe 2, so daß sie in bezug auf
die der Reihe 3 immer positiv sind. Auf diese Weise sind positive Ionen einer Anziehung
der Kathoden niedrigeren Potentials unterworfen, während Elektronen den direkten
Entladeweg von der Kathode zur Anode nehmen. Dieser Umstand bringt aber eine weitere
Schwierigkeit, nämlich diejenige der Querkopplung. Daher müssen Entladungen z. B.
zwischen Kathode 7 und Anode 4' oder zwischen Kathode 7' und Anode 4 verhütet werden,
da sonst eine Selbstzündung auch an der Zählreihe auftreten kann. Diesen Schwierigkeiten
muß daher eine besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden, und ein Zweck der vorliegenden
Erfindung besteht darin, zur Behebung dieser Schwierigkeiten beizutragen.
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In Verbindung mit der Fig. 2, welche eine Ansicht der Röhre zeigt,
die in Verbindung mit der Fig. i beschrieben wurde, soll die allgemeine Doppelzündstreckenanordnung
betrachtet werden. Für diesen Zweck sollen die Anoden 4, 4' und die Kathoden 5,
5' die Elektroden irgendeines Paares von Zündstrecken darstellen, welche die Eigenschaften
der Kopplung in einer Richtung gemäß der Erfindung aufweisen, jedoch sollen die
relativen Lagen, wie sie gezeigt sind, nicht notwendigerweise solche sein, wie sie
praktisch in einer Röhre ausgeführt werden können.
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Die Anordnung nach der Fig. 2 läßt vier Entlädewege zu, nämlich die
direkten Wege 5-4 und 5'-4', und die Querwege 5-4' und 5'-4. Die entsprechenden
Brennspannungen dieser Wege seien V4_5; Tr4,.-5f und -V4- 5'; V"-5#AlsgrobeAnnäherungkannangenommen
werden, daß die Brennspannung zur Aufrechterhaltung der Zündung V", für Zündstrecken
verschiedener Länge sich nach folgender Gleichung ändert: Vm=Vo+kd. Dabei sind
k und V, Konstanten, und d ist die Länge der Zündstrecke. Da vorausgesetzt
worden ist, daß die Zündstrecken 4-5 und 4'-5' gezündet bleiben sollen, wenn sie
gezündet haben, wird angenommen, daß die äußere Batterie eine Polarisationsspannung
von V,-, und V4, _ " an den Zündstrecken 4-5 und 4'-5' vorsehe. Um zu sichern,
daß keine Entladung in den Zündstrecken 4'-5 aufrechterhalten werden kann, muß y41-
5 > V41- 5; + P4, und V4,- 5 > V4-5 sein, wobei P4 eine an die Anode 4 gelegte
Impulsspannung ist. Ein gleicher Ausdruck gilt für die Zündstrecke 4-5'. Daher ist
für einen gegebenen Wert P4 die minimale Distanz d4,-5 sowie die maximale Distanz
von d4_5 bestimmt.
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Wenn dem Wunsche Rechnung getragen wird, die Wählkathode in bezug
auf die Zählkathode positiv vorzuspannen, um die Ionisationskopplung von der Wählzur
Zählstrecke größer zu machen als in umgekehrter Richtung, führen die obengenannten
Betrachtungen im allgemeinen zu verschiedenen Längen der Strecken für die Wähl-
und Zählzündstrecken. Ein anderes Verfahren zum Erreichen des gewünschten Verhältnisses
zwischen den Elektroden ist dasjenige der Staffelung der Anodendrähte, so daß die
Zündstrecken 4-5 und 4@-5' nicht mehr zueinander parallel sind.
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Um die Kopplung in einer Richtung zu bevorzugen, wird vom Umstand
Gebrauch gemacht, daß während der Entladung ein großer Teil des Spannungsabfalles
zwischen Anode und Kathode im Kathodendunkelraum vor sich geht, welcher sich bei
der betrachteten Röhrenart ganz wenig vor der Kathode befindet. In und um die Kathode
besteht eine Ionenraumladung, während der Strom von der Kathode zu diesem Raumladungsgebiet
im hohen Maße aus Elektronen besteht. Daher besteht eine minimale elektronische
Kopplung in der Richtung der Zählstrecke zur Wählstrecke, wenn die Kathode der Zählstrecke
von der Anode der Wählstrecke nicht gesehen werden kann, während, wenn die Wählkathode
in bezug auf die Zählkathode positiv ist, Ionen von der Wählstrecke zur Zählstrecke
zu wandern versuchen.
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Eine bevorzugte Anordnung für Zähl- und Wählzündstrecken wird in der
Fig. 3 gezeigt, in welcher die Dimensionen beträchtlich größer sind, um die Hauptmerkmale
klar hervorzuheben. Alle Elektroden bestehen aus Nickel, die Anoden sind runde Drähte,
welche längs jeder Reihe verlaufen, und die Kathoden sind Stifte von ungefähr i
mm Dicke, welche mit Aluminiumoxyd überzogen sind, mit Ausnahme der Entladeoberfläche
2o, 2o'. Die Oberfläche 2o' der Kathode 5' ist abgeschrägt, damit sie durch die
obere Kante der Kathode von der Anode 4 abgeschirmt sei. Die Anode 4' ist so angeordnet,
daß sie in einer Normalen zur Oberfläche 2o' liegt, während die zwei Entladestrecken
in bezug aufeinander in senkrechter Richtung gestuft sind. Für eine Gasmischung
von 92 °/o Neon, 7 % Wasserstoff und 10/, Argon mit einem Druck von ioo mm Ouecksilber
und für eine Wählgeschwindigkeit von i2 Hz und eine Zählgeschwindigkeit von ioo
kHz sind die Wähl- und Zählkathoden 2 mm neben dem Zentrum gelagert, während die
Zündstrecken 4-5 und 4'-5' je i mm lang sind. Der Abstand von Kathode zu Kathode
längs der Reihen kann i mm betragen.
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Eine weitere Anordnung wird in Fig. 4 gezeigt, in welcher die Kathode
5 wirksam die Anode 4 von der Kathode 5' abschirmt und daher eine Elektronenkopplung
von
der Strecke q.'-5' zur Strecke q-5 verhindert.
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Eine praktische Ausführung einer Entladeröhre nach der vorliegenden
Erfindung wird in der Fig. 5 gezeigt. In dieser Röhre befinden sich zwei Reihen
von Kathoden 21 und 22, von denen jede vier Nickelstifte 23 von i mm Durchmesser
aufweisen, welche an die Stifte 24 im gebräuchlichen Glasfuß der Umhüllung 25 geschweißt
sind. Die Kathodenstifte werden getrennt durch eine Tragvorrichtung aus einem Paar
Glimmerscheiben 26 und 27 gehalten. Diese tragen ihrerseits drei Tragstifte 28,
auf welche zwei obere Glimmerscheiben 29 und 3o befestigt sind. Diese oberen Glimmerscheiben
bilden die Halterung für die beiden Anoden 31 und 32, welche aus weichem Nickel
bestehen und so gebogen sind, daß sie drei Seiten eines Rechtecks bilden, das in
den Glimmerplatten 29 und 30 festgehalten wird. Die Leiter der beiden Anoden
werden zu den Kappen 33 und 34 der Röhre geführt. Die allgemeine Anordnung der Elektroden
ist derjenigen der Fig. q. gleich. Die Stifte 23 haben in jeder Kathodenreihe einen
Abstand von '3 mm, während die Länge der Strecke zwischen der Anode 31 und den Kathoden
der Reihe 21 i mm beträgt. Die Länge der Zündstrecke der Reihe 22 ist 1,5 mm. Die
Reihe 21 befindet sich in einer Entfernung von q. mm von der Reihe 22. Die Anode
32 liegt über den Stiften ihrer Kathodenreihe 22, während die Anode 31 leicht verschoben
ist. Die Entladeoberflächen der Stifte 23 sind flach und aus elektrischen Gründen
poliert, während die anderen Oberflächen und die inneren Leiter, ausgenommen die
Anoden 31 und 32 und deren Zuführungsleiter, mit Aluminiumoxyd überzogen sind, um
unerwünschte Entladungen zu verhindern. Nach dem Evakuieren der Röhre durch das
Rohr 35 wird die Umhüllung mit der oben beschriebenen Neon-, Wasserstoff-, Argonmischung
gefüllt.
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Bei dieser Röhre ist keine Vorbereitungskathode vorgesehen, da die
Röhre für Dreikanalbetätigung bestimmt war und die letzte Kathode der Reihe 21 oder
22 für diesen Zweck verwendet werden kann.
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In den bisher beschriebenen Anordnungsbeispielen der Erfindung wurde
von einem angemessenen geome= trischen Entwurf der Entladungsstrecken Gebrauch gemacht.
Dabei ergibt sich, daß die Konstruktionstoleranzen und die Toleranzen der Arbeitsbedingungen
des Stromkreises eng sind. In den Anwendungsbeispielen, welche nun nachfolgend beschrieben
werden, sind neue Konstruktionselemente eingeführt, welche eine einfachere Konstruktion
ergeben und weitere Toleranzen zulassen.
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Wie oben angedeutet, ist eine der größten Schwierigkeiten in Verbindung
mit in einer Richtung gekoppelten Entladestrecken die Erscheinung der Querzündung
zwischen einer Anode einer Hauptstrecke und der Kathode einer anderen Strecke. Die
Querzündungsschwierigkeiten können, wie oben beschrieben, durch eine oder die andere
der beiden Kathoden, welche als Schirm wirken, überwunden werden. Das unmittelbare
Verfahren zur Abschirmung besteht in der Anbringung eines isolierenden Schirmes
zwischen den zwei Zündstrecken, welche einen direkten Weg zwischen den beiden Kathoden
offen lassen, so daß eine Ionisationskopplung stattfinden kann. Diese Kopplung wird
durch Vorspannung einer Kathode in bezug auf die andere in einer Richtung wirkend
gemacht. Eine solche Anordnung, welche ein befriedigendes Ergebnis gezeitigt hat,
wenn sie in einer Röhre nach Fig. i angewendet wird, ist in Fig. 6 gezeigt. Dabei
sind die Strecken 36 und 37 gleicher Länge, und eine Glimmerplatte 39 ist zwischen
den beiden Anoden 40 und q1 angebracht. Der Glimmer erstreckt sich nicht bis auf
die Höhe der Spitzen der Kathoden 42 und 43. In einer anderen befriedigende Ergebnisse
zeitigenden Röhre, die andererseits derjenigen . der Fig. 5 ähnlich ist, erstreckt
sich die Glimmerplatte 2 mm unterhalb der Ebene der Anoden und damit o,5 mm in die
Ebene der Kathodenentladeflächen. Die zwei Kathodenreihen stehen im Abstand von
2 mm, während die Kathodenstifte der einzelnen Entladereihen in 3 mm Abstand sich
befinden. Es wurde gefunden, daß die Ergebnisse besser sind, obgleich die Wirkung
der Ionisationskopplung klein ist, wenn die Glimmerplatte, die sich zwischen den
Kathoden erstreckt, eine Öffnung hat, welche gerade genügt, daß eine Kathodenentladefläche
von der anderen gesehen werden kann. Diese Anordnung ist in Fig. 7 dargestellt,
in welcher die Elektroden dieselben Bezugsziffern aufweisen wie in der Fig. 6 und
die Isolationsplatte 44 ein kreisförmiges Loch 45 besitzt, das mit den Spitzen der
Kathoden 42 und 43 ausgerichtet ist und denselben Durchmesser hat wie die Entladeoberflächen.
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Eine beträchtliche Verbesserung der gerichteten Kopplung kann bei
der Verwendung der elektronischen Kopplung, wenn sie der Ionenkopplung entgegenwirkt,
erreicht werden. Zum Verständnis der dabei auftretenden Vorgänge betrachte man die
Wirkung des elektrischen Feldes in der Umgebung einer Glimmentladung, wenn eine
leitende Platte zu einer Entladestrecke parallel liegt und auf einer Spannung gehalten
wird, welche zwischen derjenigen der Anode und der Kathode der Zündstrecke liegt.
Die Fig. 8 zeigt annähernd die Art, wie die Äquipotentiallinien unter dem Einfluß
einer statischen Entladung abgelenkt werden. Die Anode 40 und die Kathode 42 sind
polarisiert, so daß die Entladung zwischen ihnen aufrechterhalten wird. Die leitende
Platte 46 liegt parallel zur Strecke 4o-42 und wird auf einer Spannung gehalten,
welche unter derjenigen liegt, die nötig ist, die Entladung von der Kathode 42 aufrechtzuerhalten.
Wie oben bereits erwähnt, ist der größte Teil des Anoden-Kathoden-Spannungsabfalles
auf eine sehr kurze Entfernung von der Kathodenoberfläche beschränkt. Die Äquipotentiallinien
47 sind in der Fig. 8 viel weiter von der Kathodenoberfläche entfernt dargestellt,
als sie sich in Wirklichkeit befinden. Die schematische Darstellung zeigt jedoch,
wie sie durch die benachbarte Platte 46 abgelenkt werden; besonders zeigt sich ein
steiler Spannungsgradient in der Nähe der Kathode auf der Seite der benachbarten
Platte 46. Infolgedessen ist der Entladeweg selbst beträchtlich abgelenkt, wie es
die gestrichelte Linie 4.8 darzustellen versucht. Einige Elektronen aus denn Felde
der Kathode werden versuchen, gegen die Platte 46 zu wandern. Insbesondere wenn
eine Öffnung 49 der Lage des steilsten Potentialgradienten gegenüber in die Platte
gebohrt
ist und ein Beschleunigungsfeld auf der anderen Seite der Platte aufgebaut ist,
neigen die Elektronen dazu, durch die Öffnungen und in der Richtung des Gradienten
des Beschleunigungsfeldes fokussiert zu werden. Für eine gegebene Dicke der Platte
46 und eine gegebene Spannungsverteilung links der Platte ergibt sich ein kritischer
Wert des Beschleunigungsfeldes, oder besser gesagt des Gradienten dieses Feldes,
auf der rechten Seite der Platte, unter welche die Anzahl der Elektronen, welche
durch die Öffnung 49 dringen, vernachlässigbar ist, und über welche ein fokussierter
Strom erhalten werden kann.
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Wird diese Erscheinung für die gerichtete Kopplung angewendet, ergibt
sich, daß ein hoher Grad gerichteter Kopplung durch eine Elektrodenanordnung, wie
sie Fig. 9 zeigt, erhalten wird. In dieser bilden die Anoden 40 und 41 mit den entsprechenden
Kathoden 42 und 43 ein Paar Entladestrecken, wie in den vorangebenden Beispielen.
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Die Platte 46 liegt jedoch der Entladestrecke 4o-42 näher als derjenigen
zwischen 4z-43. Sie trennt diese Zündstrecken mit Ausnahme des Durchgangs 49 für
die Kopplung voneinander. Auf diese Weise wird eine Anordnung erreicht, in welcher
die Entladung der Strecke 4o-42 tatsächlich unabhängig vom Zustand der Strecke 4z-43
ist, bei welcher jedoch, wenn eine genügend hohe Impulsspannung an die Anode 41
gelegt wird, die Elektronen, die auf dem Wege 50 wandern, die Strecke 4r-43 ionisieren.
Andererseits kann die Anordnung auch so getroffen werden, daß die Entladungen an
der Zählstrecke 4r-43 keinen Einfluß auf die Wählstrecke 40-4a haben. Eine Röhre
mit Entladefolge, welche eine Elektrodenänordnung benutzt, wie sie jetzt kurz im
Zusammenhang mit Fig. 9 beschrieben worden ist, ist schon mit einigem Erfolg verwendet
worden. Es soll aber eine ausführlichere Beschreibung einer Anordnung, wie sie heute
vorgezogen wird, gegeben werden.
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In der Fig. 9 dient die Platte 46 bloß als Hilfselektrode für die
Entladestrecken 4o-42 und 4I-43. Es ergibt sich jedoch, daß es möglich ist, die
Anode 40 wegzulassen und die Platte 46 als Wählanode auszubilden. Die gebräuchliche
Anordnung dieser Art ist in der Fig. =o im Schnitt gezeigt, und der dazugehörige
Stromkreis wird in der Fig. =i schematisch dargestellt. In der Fig. =o ist eine
Zählanode 41 mit einer der Zählkathoden 43 dargestellt.
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Die Kathoden 42 bilden die Kathoden einer Wählreihe und sind senkrecht
zur Platte 46 montiert, während die Zählkathoden 43 parallel dazu liegen. Entsprechende
einzelne Kathoden 42 und 43 sind so montiert, -daß eine Ebene senkrecht zur Zeichnungsebene
durch die Kathode 42 geht und die Öffnung 49 sowie die entsprechende Kathode 43
sich ein wenig unter der oberen Fläche der letzteren befindet. Auf der Seite der
Wählkathoden ist die Platte 46 mit einer Glimmerplatte 51 versehen, welche Öffnungen
52 aufweist, die annähernd den doppelten Durchmesser der öffnungen 49 haben und
ringförmig auf der entgegengesetzten Seite zur Wählkathode auf die Oberfläche der
Platte 46 stoßen. Der Zweck der Glimmerplatte 51 wird später erklärt. Ihre Anwendung
ist für die Erfindung nicht wesentlich, wird aber in Betracht gezogen, wenn niedrigere
Wiederholungsfrequenzen für Wählimpulse verwendet werden.
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In der Fig. Ir sind die Elektroden mit denselben Bezugsnumtnern bezeichnet
wie in der Fig. =o. Jede Zählkathode 43 ist über einen Widerstand 53 an Erde geschlossen.
Die Ausgangskathode umfaßt ebenfalls einen Impulstransformator (in der Zeichnung
nicht dargestellt) oder andere angemessene Mittel zur Weiterleitung der Entladeimpulse
an einem weiteren Stromkreis. Die Zählanode 41, welche allen Wählzählentladestrecken
dient, ist unmittelbar mit der Kathode des Kathodenverstärkers 54 verbunden, dessen
Anode an einer angemessenen Polarisierungsquelle 55 liegt. Das Gitter des Kathodenverstärkers
54 wird mit einer Impulsspannung einer der in 56 gezeigten ähnlichen Wellenform
gespeist. 56 stellt jedoch die Wellenform der Anode 41 dar. Die Wählanode 46 wird
auf einer stetigen positiven Spannung V'2 in bezug zur Erde durch die Batterie 57
gehalten. Die Kathode 42 wird über den Widerstand 58 mit dem Leiter 59 verbunden,
welcher zu den restlichen Wählkathodenwiderständen führt. Vom Leiter 59 führt eine
Verbindung durch eine stabilisierte Gleichspannungsquelle 6o und die Sekundärwicklung
des Transformators 61 zur Anode 46. Die Spannungsquelle 6o dient als Batterie zur
Aufrechterhaltung der Spannung der Wählreihe und liefert eine konstante mittlere
Spannung V;, zwischen Anode 46 und Leiter 59. Die Wählimpulse werden durch die primäre
Wicklung des Transformators 61 von den Klemmen 62 her eingeführt. Die Anode 41 wird
durch den Kathodenstrom von 54 auf einer Gleichspannung V'1 in bezug auf Erde gehalten.
Diese wird während der Zählimpulse auf die Spannung V1 + P erhöht. Der Impulszug
56 der Zählimpulse enthält einen negativen Löschimpuls 63 zum Zwecke der Löschung
der Entladungen an der Zählreihe nach jedem Arbeitszyklus. In einer Arbeitsweise
sind einzelne Vorbereitungsentladestrecken (nicht dargestellt); wie sie in Verbindung
mit der Fig. = beschrieben worden sind, sowohl für die Wähl- als auch für die Zählreihe
vorgesehen. Die Impulsamplitude P ist dann so eingestellt, daß die Zählreihe normalerweise,
ohne daß Entladungen an der Wählreihe vorkommen, arbeitet. Die Spannungen V1 und
V2 sind so ausgebildet, daß in Abwesenheit von Zählimpulsen kein Strom von den Wählkathoden
weggezogen wird, wenn die Wählstrecken im Entladezustand sind. Mit anderen Worten
ausgedrückt, heißt das, daß der Spannungsgradient zwischen 46 und 41 ungenügend
ist, um die Elektronen durch die Öffnungen 49 zu fokussieren. Dieser Umstand wird
durch die Tatsache unterstützt, daß die Kathode 43 I mm oder annähernd i mm über
der Ebene der entsprechenden Öffnungen 49 liegt, so daß sie dazu neigt, ein Verzögerungsfeld
aufzubauen. Während der Zählimpulse jedoch genügt die erhöhte Spannung an der Anode
41 dazu, Strom durch irgendeine der Öffnungen 49, die vor einer entladenden Wählkathode
liegt, zu ziehen. Die Spannung T%1 -[- P - VZ sollte dann größer sein als der Anodenspannungsabfall
der Zündstrecke von der Länge d, auch sollte die geometrische Anordnung derjenigen
der Fig. =o gleich sein, wo d die Distanz zwischen 4I
und der entsprechenden
Öffnung 49 ist. Ein Elektronenstrom fließt dann zwischen der Kathode 42 und der
Anode 41 und ionisiert die Zündstrecke 4i-43, so daß eine Entladung auftritt, ob
die Strecke nun durch eine Entladung der benachbarten Zählstrecke oder von einer
Vorbereitungsstrecke ionisiert ist. Daher zünden beim ersten Impuls des Impulszuges
56 diese Zählzündstrecken, welche den gezündeten Wählzündstrecken gegenüberliegen.
Die restlichen Zählstrecken, sofern welche vorhanden sind, zünden dann in normaler
Zündfolge bei aufeinanderfolgenden Impulsen der Zählreihe.
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Auf den ersten Blick könnte es scheinen, daß die nicht gezündeten
Wählzündstrecken durch die Impulse, welche an die Anode 41 gelegt werden, gezündet
werden könnten. Es ist denkbar, daß dies dort geschieht, wo eine stetige .Spannung
V1 -i- P an der Anode 41 liegt. Es muß ja daran erinnert werden, daß in einer Gasentladung
die Potentialdifferenz an die Strecken für eine bestimmte Zeit angelegt sein muß,
bevor die Energie an der Strecke zu einem Wert aufgebaut ist, der genügt, die Zündung
herbeizuführen. Die Impulsamplitude P ist so gewählt, daß die Formationszeit länger
ist als die Dauer eines Zählimpulses. Die erwähnte Formationszeit betrifft die Zündstrecke
4i-42. Die Zündstrecken der Wählreihe können dann mit den Zählimpulsen nicht zünden.
Wenn andererseits eine Wählstrecke gezündet hat, ist keine weitere Energie von der
Spannung der Anode 0: her erforderlich, als diejenige, die nötig ist, um genügend
Elektronen durch die Öffnung 49 zu saugen, um die Strecke 4i-43 zu ionisieren. Damit
ist dann tatsächlich keine Formationszeit in der Ausdehnung der Entladung von der
Platte q:6 zur Anode 41 inbegriffen.
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Dank der hohen Wiederholungsfrequenz der Zählimpulse und des Umstandes,
daß der Streckenabstand der langsameren Wählgeschwindigkeit angepaßt ist, entstehen
keine Schwierigkeiten in der Zählreihe durch Selbstzündung. Diese Schwierigkeiten
können in der Wählreihe jedoch auftreten dadurch, daß i. der Strom, der durch die
Öffnung 49 zur Anode 41 gezogen wird, dazu neigt, die Ionisationskopplung längs
der Wählseite der Röhre zu vergrößern, 2. wenn die Glimmerplatte 51 nicht vorhanden
ist, erfolgt Ionisationskopplung zwischen den Strecken der Wählreihe ungeachtet
der Betätigung der Zählreihe. Dies ist in etwas anderer Form eine Wiederholung des
ursprünglichen Problems, das in der Beschreibung mit Bezug auf die Fig. i bis 5
erwähnt wurde. Der Umstand, daß die Anode eine Platte ist, statt eines Drahtes,
verschlimmert das Problem, weil daraus ein weniger konzentriertes Feld durch die
Anoden-Kathoden-Strecken der Reihe und folglich eine größere Ausbreitung der Ionisationsprodukte
vorhanden ist: Die Wirkung von i ist weniger ernst als diejenige von 2 und kann
in weitem Maße durch die geometrische Anordnung der Zündstrecke und die benutzten
elektrischen Felder eliminiert werden. Der Entwurf wird wesentlich beeinflußt durch
die Beachtung von Punkt 2. Die lange Ionisationskopplung äußert sich als Neigung
zur Unstabilität der Wählnummer, nachdem die Röhre 2 oder 3 Minuten in Tätigkeit
war. Die Glimmerplatte 51, welche die Entladungen auf einen begrenzten Raum der
Anode beschränkt, bewirkt eine genügende Abhilfe. Die Platte 51 erreicht besonders
in der Nähe der Öffnung 52, welche die Öffnung 49 umgibt, eine beträchtliche statische
Aufladung. Diese Ladung erniedrigt die Ionisationskopplung zwischen der Wählkathode
und begrenzt dabei die Wirkung einer langen Ionisationskopplung.
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Die Wirkung von i kann beispielsweise dadurch ausgeschaltet werden,
daß der gesamte Strom an der Wählstrecke von der Wählanode an die Zählanode übertragen
wird. Es gehen dann bei einem angemessenen Feld auf der anderen Seite alle Elektronen
eher durch die Öffnung 49, als daß sie durch die Platte 46 gesammelt werden. Dieser
Umstand wird in der folgenden Tafel dargestellt, in welcher Elektrodenspannungen
und Ströme verglichen werden. In dieser Tafel ist
IDO der Strom der Wählanode
(Elektrode 42 in Fg. io und iz),
IDA der Strom der Wählanode (Elektrode 46
in Fig. io und ii), ICA der Strom der Zählanode (Elektrode 41 in Fig. io und ii),
VeA die Spannung der Zählanode gegen Erde, VDA die Spannung der Wählanode gegen
Erde:
| IDC ' IDA RICA
I YCA |
| 4ooyA 4ooyA - =6o V oo V |
| 45o fIA - 45o fUA 193 V 10o V |
| 55oßA 6o,uA 6io,uA 26o V ioo V |
Es ist ersichtlich, daß für einen ioo-Volt-Impuls an der Zählanode nur eine Zunahme
von i5o;uA im Strom der Wählkathode vorhanden ist. Die Abstände der Zündstrecken
(welche denen gleich sind, die in Verbindung mit der Fig. 5 angegeben sind) sind
derart, daß bei einem Entladestrom von 4oo,uA die Ionisationskopplung zwischen den
Zündstrecken sich nur wenig ändert, dadurch ist die Neigung zur selbsttätigen Reihenzündung
in weitem Maße beseitigt.
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Es wurde oben angeführt, daß in einer Arbeitsweise beide, d. h. die
Wähl- und die Zählreihen, mit Entladestrecken versehen werden können, um den allgemeinen
Ionisationspegel in beiden Reihen zugteuern und damit zu sichern, daß die Entladefolgen
an der ersten Zündstrecke jeder Reihe beginnen. Die Spannung des Impulszuges 56
(Fig. ii) war so ausgebildet, daß die Zählreihen in Abwesenheit von Entladungen
an der Wählreihe normal zählen: Diese Arbeitsweise erweist sich als befriedigend,
wenn nur eine geringe Anzahl von Zündstrecken, z. B. vier, in einer Reihe vorhanden
sind. Mit Reihen mit mehr Strecken zum Wählen und zum Zählen können in der Zählreihe
erfahrungsgemäß einige Schwierigkeiten auftreten, die dadurch bedingt sind, daß
der allgemeine Ionisations-Pegel mit dem Abstand von der stetig entladenden Hilfszündstrecke
am Ende der Reihe exponentiell abnimmt. Infolge des Auftretens der Formierungsverzögerung
zünden die entsprechenden Zählzündstrecken nicht alle im gleichen Augenblick bei
der Anlegung des ersten Impulses des Impulszuges 56,
wenn einzelne
Wählzündstrecken gezündet sind. Sie neigen dazu, weiter in Aufeinanderfolge zu zünden,
zum Nachteil der genauen Zeit, zu welcher die Ausgangszählstrecken veranlaßt durch
die Änderung der Formationszeit gezündet sind. Wo dieser Einfluß bedeutend ist,
wird es vorgezogen, die Hilfszündstrecke, welche der Zählreihe zugesellt ist, wegzulassen.
Daraus folgt dann; daß eine Zählung nur stattfindet, wenn Entladungen in der Wählreihe
stattfinden, wobei die Kopplung von der Wählzündstrecke zur Zählzündstrecke genügt,
um den Zählvorgang einzuleiten. Gleichzeitig zünden dann alle Zählzündstrecken;
die sich den entladenden Wählzündstrecken gegenüber befinden.