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Gasgefüllte Kaltkathoden-Entladungsröhre Zusatz zum Patent
911874
Die Erfindung befaßt sich mit elektrischen Kaltkathoden-Entladungsröhren
des Folgeentladungstyps, wie sie im Hauptpatent vorgeschlagen wurden.
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Gemäß Hauptpatent sind derartige Folgeentladungsröhren dadurch gekennzeichnet,
daß ihre Elektroden getrennte Entladungsstrecken bilden, die so angeordnet sind,
daß aufeinanderfolgende Entladungsstrecken beim Anlegen aufeinanderfolgender Impulse
infolge der Ionisationskopplung zwischen einander benachbarten Entladungsstrecken
der Reihe nach gezündet werden, wobei jedoch durch jeden Impuls jeweils nur eine
vorher nicht gezündete Entladungsstrecke gezündet wird. Bei Entladung einer Strecke
bewirkt also bei derartigen Röhren ein nächster zugeführter Impuls die Zündung der
nächsten unmittelbar benachbarten Strecke. Eine Vielkathodenröhre, in welcher die
mit einer gemeinsamen Anode zusammenwirkenden Kathoden entlang einer geraden oder
auch kreisförmigen Bahn angeordnet sein können, stellt eine Ausführungsform einer
solchen Folgeentladungsröhre dar. Bei normaler Wirkungsweise geht auch von der zweiten
Kathode eine Entladung aus, wenn sich die erste Kathode der Anordnung in Entladung
befindet und die nächste Strecke gezündet ist. Darauf zündet sodann bei Eintreffen
eines weiteren Impulses die dritte Strecke, so daß sich nunmehr alle drei Kathoden
in Entladung befinden. Dieser Vorgang setzt sich entlang der Anordnung fort, bis
sich alle Strecken gleichzeitig entladen.
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Vom Standpunkt des Schaltungsingenieurs wirkt es sich jedoch manchmal
als Nachteil aus, daß sich jeweils
noch alle vorangegangenen Strecken
in Entladung befinden. Vorteilhafter wäre es; wenn die Entladung schrittweise von
Strecke zu Strecke derart wandern würde, daß sich nur jeweils eine Strecke entlädt.
Bei einer derartigen Wanderung der Entladung von Strecke zu Strecke bleibt der Anodenstrom
bei einer Röhre mit einer gemeinsamen Anode im wesentlichen konstant, während der
Anodenstrom in der vorerwähnten Anordnung kontinuierlich ansteigt, wenn zuerst eine
und sodann mehrere Strecken gezündet werden. Zwar ist es auch bisher durchaus möglich,
zu erreichen, daß sich jeweils zur gleichen Zeit nur eine Strecke der Folge in Entladung
befindet, jedoch besteht hierbei zunächst insofern eine Zweideutigkeit, als nicht
bestimmt ist, welche Strecke die als nächste zu zündende ist. Wird beispielsweise
angenommen, daß sich die dritte Strecke in Entladung befindet, und diese Entladung
in irgendeiner Weise von der zweiten Strecke her übergegangen ist, dann wird in
der zweiten Strecke eine Restionisation bestehen, die von der eigenen Entladung
verblieben ist, und außerdem eine Streuionisation von der an der dritten Strecke
bestehenden Entladung, während an der vierten Strecke nur die Ionisationseinwirkung
von der Entladung der dritten Strecke besteht. Demnach würde also eher eine Wiederzündung
der zweiten Strecke erfolgen als die gewünschte Zündung der vierten Strecke.
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Gegenstand der Erfindung ist nun eine Kaltkathoden-Folgeentladungsröhre,
in welcher die Entladung infolge der Ionisations- und Feldkopplung von einer Strecke
zur nächsten der Reihe nach übertragen werden kann, ohne daß bezüglich der Richtung,
in welcher die Übertragung sich entlang der Anordnung ausbreitet, eine Zweideutigkeit
besteht. Diese Wirkung, die zur Beseitigung der genannten Nachteile führt, läßt
sich erfindungsgemäß dadurch erzielen, daß die Ionisations- und Feldkopplung zu
einer jeweils folgenden Strecke der Anordnung größer ist als zu einer vorangegangenen.
Unter Ionisationskopplung wird hier die Gesamtheit der Einflüsse verstanden, die
eine Entladung einer Strecke auf die Zündspannung einer anderen Strecke ausüben
kann infolge der Wanderung positiv oder negativ geladener Partikel oder Photonen.
Der Ausdruck Feldkopplung kennzeichnet den Einfluß des elektrischen Feldes einer
sich in Entladung befindenden Strecke auf das Feld einer Nachbarstrecke.
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Eine der Erfindung entsprechende gasgefüllte elektrische Entladungsröhre
ist also dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden einer aus aufeinanderfolgenden
Entladungsstrecken bestehenden Anordnung so aufgebaut und ausgebildet sind, daß
der Übergang der Entladung von Strecke zu Strecke entlang dieser Anordnung in einer
Richtung mehr begünstigt wird als in der anderen.
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In den Zeichnungen sind beispielsweise Ausführungen der Erfindung
dargestellt, und zwar in Fig. i eine Schaltungsanordnung, die einem früheren Vorschlag
entspricht, Fig. 2 eine Schaltungsanordnung, die ähnlich aufgebaut ist wie die in
Fig. i gezeigte, jedoch eine der Erfindung entsprechende Röhre verwendet, Fig. 3
eine schaubildliche Darstellung der räumlicher Grundanordnung von entsprechend der
Erfindung aus. gebildeten Entladungsstreckenelektroden, Fig. 4 eine praktische Ausführung
der Röhre unter Verwendung der in Fig. 3 dargestellten Konstruktion; Fig. 5 eine
weitere Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung einer kreisförmigen Entladungsanordnung,
Fig. 6 einen Querschnitt durch die Elektrodenanordnung der Fig. 5 entlang der Linie
VI-VI (Fig. 7), Fig. 7 einen Querschnitt der Elektrodenanordnung entlang der Linie
VII-VII (Fig. 6), Fig. 8 eine schematische Ansicht einer gegenüber der Röhre in
Fig. 5 etwas abgewandelten Konstruktion, Fig. g eine weitere Ausführungsart, die
der in Fig. 6 und 7 dargestellten Konstruktion im wesentlichen entspricht, Fig.
io eine prinzipielle Darstellung einer weiteren Ausführungsart der Erfindung, Fig.
ii eine Schaltungsanordnung, die ebenfalls der Erfindung entspricht, Fig. 12 bis
=4 Konstruktionsmerkmale einer weiteren Ausführung, und zwar zeigt Fig. 13 eine
Ansicht der Kathodenanordnung und Fig. 14 einen Querschnitt der Fig. 13 bei der
Linie XIV-XIV, Fig. 15 schließlich eine Schaltungsanordnung, die der Veranschaulichung
der Wirkungsweise der Röhre nach Fig. 12 bis 14 dient.
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Um ein weitgehendes Verständnis der Erfindung zu ermöglichen, soll
zunächst auf die Fig. i eingegangen werden, in welcher eine Folgeentladungsröhre
i derart geschaltet ist, daß die Wanderung der Entladung entlang der Anordnung 2
in beliebiger Richtung fortschreiten kann. Zu diesem Zwecke sind die Kathoden abwechselnd
in zwei Hauptgruppen unterteilt. Die Kathoden der einen Gruppe dienen als Speicherungskathoden,
an welchen die Entladung für Registrier-oder Zählzwecke aufrechterhalten werden
kann. Die Kathoden der anderen Gruppe wirken als Übergangselektroden, deren Funktion
es ist, die Entladung von der Speicherungskathode an ihrer einen Seite zu der an
ihrer anderen zu übertragen. In Fig. i sind die beiden Sätze von Kathoden, die hier
als Speicherungskathoden bzw. Übergangselektroden gekennzeichnet sind, weiterhin
jeweils in zwei Gruppen unterteilt. Die beiden Gruppen von Spaicherungselektroden
sind je-,veils über eine Parallelschaltung eines Widerstandes und eines Kondensators,
die einen Ladungsspeicherungskreis bilden, mit Erde verbunden.
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Die Kathoden 3 in Fig. i bilden die eine Gruppe von Speicherungskathoden
und die Kathoden 4 die andere. Die Kathoden 3 liegen über das RC-Glied 5 und die
Kathoden 4 über das RC-Glied 6 an Erde. Die Kathoden 7 der übrigen Kathoden bilden
die eine Gruppe von Übergangselektroden und die Kathoden 8 die andere. Diese Gruppan
von Übergangselektroden liegen an Abgriffspunkten der Spannungsteiler g bzw. io,
die an eine Vorspannungsbatterie ix angeschlossen sind, deren negatives Ende an
Erde liegt.
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An einem Ende der Anordnung ist eine unabhängige Speicherungskathode
12 gezeigt, die über ein nur ihr zugeordnetes Zeitkonstantenglied 13 und weiterhin
über
den Impulstransformator 14 mit Erde verbunden ist, der zu einer weiteren Schaltung
führt, die anzeigt, daß an der Kathode 12 eine Entladung eingetreten ist. Am anderen
Ende der Anordnung befindet sich ebenfalls eine unabhängige Kathode 15, die über
einen getrennten Vorspannungskreis 16 an Erde liegt, der aus einem Widerstand 17
besteht, dem eine Reihenschaltung aus einem Schalter 18 und einer Vorspannungsbatterie
ig parallel geschaltet ist.
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Die gemeinsame Anode der Entladungsstreckenanordnung liegt über einen
Widerstand 21 an der positiven Klemme der Batterie 22, deren negatives Ende geerdet
ist. Die Anoden- und Kathodenwiderstände sowie die Batterie 22 sind so bemessen,
daß einerseits eine Entladung an irgendeiner Speicherungsstrecke aufrechterhalten
werden kann, sobald diese einmal gezündet hat, jedoch andererseits der Spannungsabfall
über den gemeinsamen Anodenaußenwiderstand hinreichend ist, um eine Entladung an
der Speicherungsstrecke zu löschen, sobald eine Übergangsstrecke gezündet ist. Die
den Übergangselektroden zugeführte Vorspannung verhindert, daß die gemeinsame Anodenbatterie
eine Entladung an irgendeiner dieser Strecken aufrechterhält. Die Klemmen 23 und
24 ermöglichen die Zuführung der Impulse über die Blockkondensatoren 25 bzw. 26
zu den Abgriffspunkten der Spannungsteiler g oder io.
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Es sei nun angenommen, daß sich eine der Speicherungsstrecken entlädt.
Tritt daraufhin ein negativer Impuls hinreichender Amplitude an der einen oder der
anderen der Klemmen 23 oder 24 auf, so wird an der Übergangselektrode, die der sich
entladenden Speicherungskathode entsprechend der Zuführung an den Klemmen 23 oder
24 an der einen oder anderen Seite benachbart ist, eine Entladung auftreten. Dies°
Entladung wird durch die Entladung der gezündeten Speicherungsstrecke ermöglicht,
und die Impulsspannung braucht nicht sehr hoch zu sein um eine Entladung an irgendeiner
anderen der Übergangselektroden zu bewirken. Wenn die Übergangselektrode gezündet
ist, fällt die Anodenspannung ab auf die algebraische Summe aus der negativen Impulsspannung
und der Brennspannung der Übergangsstrecke. Die Anoden-Kathoden-Spannung der Speicherungsstrecke
wird dadurch unter ihre Brennspannung reduziert, so daß diese Strecke erlischt.
Die Impulsspannung ist hinreichend groß zur Aufrechterhaltung der Entladung an der
Übergangselektrode während der Impulsdauer. Das Kathodenpotential der gelöschten
Strecke wird positiv gegen Erde gehalten infolge des aufgeladenen Speicherungskreises,
mit welchem diese Kathode verbunden ist. Andererseits ist das Kathodenpotential
der Strecke an der anderen Seite der nunmehr sich entladenden Übergangselektrode
ganz oder fast auf Erdpotential, da deren Widerstandskondensatorschaltung nahezu
ungeladen ist. Nachdem der Impuls vorbei ist, hört der Strom im Anodenkreis zu fließen
auf, so daß nunmehr die volle Batteriespannung an der nächsten Speicherungsstrecke
auftritt, die daraufhin unter Einwirkung der Ionisations- und Feldkopplung auf Grund
der unmittelbar vorangegangenen Entladung der benachbarten Übergangsstrecke zündet.
Der Kathodenkreis lädt sich dabei exponentiell auf, so daß der Anodenstrom anfänglich
größer ist als im Normalzustand. Dadurch wird die Zündung irgendeiner anderen Speicherungsstrecke
verhindert. Inzwischen fällt die Kathodenspannung der vorher gezündeten Speicherungsstrecke
exponentiell ab. Wird nun ein weiterer Impuls an die gleiche Übergangselektrodenklemme
angelegt, so wird ein Übergang zurück zu der ursprünglichen Speicherungsstrecke
erfolgen. Tritt andererseits der Impuls an der anderen Übergangselektrodenklemme
auf, so kann die Entladung zu der nächstfolgenden Speicherungsstrecke übergehen
und nicht zu der vorangegangenen.
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Um eine Entladungsfolge in einer Richtung entlang der Röhre zu erzielen,
müssen deswegen Impulse abwechselnd der einen und anderen von zwei Übergangselektrodenklemmen
zugeführt werden. Entsprechend der Reihenfolge, in welcher die Klemmen verwendet
werden, kann man die Entladung in irgendeiner Richtung entlang der Entladungsstrecke
fortschreiten lassen.
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Die Kathode 15 und ihre zugehörige Schaltung 16 dient zur Wiederherstellung
des Ausgangszustandes. Wird nämlich der Schalter 18 bei Entladung einer Speicherungsstrecke
geschlossen, so wird infolge der negativen Vorspannung der Batterie ig an der Kathode
15 eine Entladung auftreten, und diese bringt die Entladung an der Speicherungsstrecke
zum Verlöschen. Wird der Schalter 18 wieder geöffnet, so bleibt die Entladung an
Kathode 15 bestehen, um eine Zündung der benachbarten Übergangselektrode 3 zu ermöglichen.
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Wenn, wie es oft und üblicherweise der Fall ist, nur in einer Richtung
gezählt werden soll, so werden bei dieser beschriebenen Schaltung mehr oder weniger
komplizierte Schaltanordnungen verwendet werden müssen, um den Übergangselektrodenklemmen
abwechselnd Impulse zuzuführen. Hierzu ist festzustellen, daß die Verwendung von
wechselweise zu speisenden Klemmen infolge der gleichförmigen Kopplung einer Entladungsstrecke
nach beiden Seiten notwendig ist. Bei Verwendung einer der Erfindung entsprechenden
Röhre, bei welcher die Kopplung in einer Richtung der Anordnung größer ist als in
der anderen, genügt, allerdings unter Verzicht auf die Möglichkeit, die Entladungsrichtung
der Folgeentladung umzukehren, eine einzige Impulseingangsklemme.
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Eine Schaltung, die ähnlich der in Fig. i ist, jedoch eine Röhre entsprechend
der Erfindung verwendet, ist in Fig. 2 gezeigt, in welcher die Röhrenumhüllung,
die durch den Kreis 27 angedeutet ist, eine kreisförmig angeordnete Entladungseinrichtung
enthält mit einer Anode 28 und einer Mehrzahl von Speicherungskathoden, die entsprechend
ihren Verbindungen mit 29, 3o bzw. 31 gekennzeichnet sind, und Übergangselektroden,
die in ähnlicher Weise mit 32 bzw. 33 bezeichnet sind. Die Speicherungskathoden
sind durch Pfeile kenntlich gemacht und die Übergangselektroden durch Kreise. Die
Richtung der Pfeile zeigt die Richtung der größeren Kopplung an. Die Elektrodenkonstruktion,
die diesen Unterschied bewirkt, wird später beschrieben werden. Die Kathoden 29
sind über das RC-Glied 34 geerdet. Die Kathoden 30 sind mit einem ähnlichen
Glied 35 und die Kathode 31
ist mit einem eigenen RC-Glied 36 verbunden,
das den Ausgangsimpulstransformator 37 enthält.
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Die Übergangselektroden 32 liegen sämtlich über einen Widerstand an
der Vorspannungsbatterie 39, deren positives Ende in dargestellter Weise an Erde
liegt. Die Übergangselektrode 33 ist normalerweise über den Schalter 40 mit dem
Knotenpunkt 41 zwischen den Kathoden 32 und dem Widerstand 38 verbunden, dem über
den Blockkondensator 42 von der Klemme 43 negative Impulse zugeführt werden können.
Die Übergangselektrode 33 wird mit Hilfe des Schalters 4o abwechselnd mit dem Widerstand
44
verbunden, der in Reihe mit der Vorspannungsbatterie 45 liegt. Die Anode
a8 schließlich liegt über den Widerstand 47 an der Batterie 46, deren negativer
Pol geerdet ist.
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Obgleich der Mechanismus der gerichteten Übertragung der Entladung
gegenüber dem der in Fig. i verwendeten Röhre sehr unterschiedlich ist, ist die
Betriebsweise der Schaltung eine ähnliche, jedoch wird nur ein Impulseingang benötigt.
Wie aus Fig. i bekannt, verhindern die Zeitkonstantenglieder 34, 35 und 36, daß
eine soeben durch Zündung einer Übergangselektrode erloschene Speicherungsstrecke
infolge der Restionisation an der Strecke wieder gezündet wird, während durch die
Richtwirkung der Kopplung zwischen Speicherungs- und Übergangselektrode gesichert
wird, daß die Entladungsfolge in der durch die Pfeile angezeigten Richtung vor sich
geht. Wenn der Schalter 40 betätigt wird, so wird durch die Entladung an der Übergangskathode
33: eine bestehende Entladung an irgendeiner Speicherungskathode gelöscht, so daß
nach Umlegen des Schalters je nach dem Grad der Ladung der Kondensatoren in den
Kreisen 34 bzw: 36 entweder die benachbarte Kathode 29 oder 31 gezündet wird. Wenn
nötig, genügt eine zweite Betätigung des Schalters, um die Übertragung der Entladung
auf diejenige Kathode 29 bzw. 31 zu bewirken, die als erste -Speicherungskathode
der Folge betrachtet werden soll.
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Die Art und Weise der Erzielung einer nur einseitig gerichteten Kopplung
wird nun im folgenden näher beschrieben werden. In Fig. 3 ist eine Anordnung von
vier Entladungsstrecken 47 bis 5o dargestellt, die von einer gemeinsamen Anode 51,
zwei Speicherungskathoden 5a und 53 und zwei Übergangskathoden 54 und 55 gebildet
werden. Zunächst seien die drei benachbarten Strecken 47, 48 und 49 betrachtet.
Infolge der baulichen Ausbildung der Kathode 52 wird die Strecke 48 aus zwei Teilen
gebildet, nämlich dem, der dem Kathodenende 56 entspricht, und dem, der der Kathodenplatte
57 entspricht. Das Kathodenende 56 hat eine kleinere wirksame Entladungsfläche als
die Platte 57, aber ein. wesentlich größeres Verhältnis des Umfanges zur Fläche.
Ferner ist es von der Anode weiter entfernt als die Platte 57. Daraus ergibt sich,
daß die Entladungsstrecke mit dem Endteil 56 schon bei einem kleineren Strom in
anormale Entladung übergeht als die Entladungsstrecke mit dem Plattenteil
57, daß aber für die Entladungsstrecke mit dem Endteil 56 eine höhere Brennspannung
notwendig ist. Diese höhere Brennspannung ist nur zum geringen Teil durch die größere
Streckenlänge zwischen Anode und Kathodenende bedingt, sondern vorwiegend durch
die größere Diffussion des Stromes von einer streifenähnlichen Kathode als von einer
Kathode mit einem kleineren Verhältnis des Umfanges zur Entladungsfläche.
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Da der Endteil 56 näher als die Platte 57 bei der Entladungsstrecke
47 liegt, so beginnt, wenn die Strecke 48 durch die Entladung an Strecke 47 gezündet
ist, eine Glimmentladung an dem einen Ende des Endteiles 56, das der Strecke 47
benachbart ist und dehnt sich über den ganzen Endteil 56 aus. Vom Gesichtspunkt
der Ausdehnung der Kathodenglimmentladung können der Endteil 56 und die Platte 57
als feste . Kathoden zweier Entladungsstrecken angesehen werden. Die vertikale Stufe
zwischen dem Endteil 56 und der Plattenentladungsstrecke 57 entspricht einer geringfügigen
Trennung zwischen den Strecken. Erreicht die Kathodenglimmentladung diese Stufe,
so wird infolge der Kopplung zwischen diesen Entladungsstreckehteilen die Zündspannung
des Streckenteiles zwischen Platte 57 und Anode auf dessen Brennspannung reduziert;
so daß dieser Streckenteil nunmehr durch die Anodenbatteriespannung zündet. Da die
Brennspannung der Strecke mit dem Plattenteil 57 kleiner ist als die der Strecke
mit dem Endteil 56, und da es möglich ist, den gesamten Entladungsstrom durch die
Strecke 48 auf einen Wert zu begrenzen, bei welchem die Streckenspannung kleiner
als die Brennspannung der Strecke mit dem Endteil 56 ist, wird die Entladung an
dem Endteil 56 löschen und die Entladebedingung nur an dem Plattenteil
57 aufrechterhalten. Während der Speicherung ist die Kopplung von der Entladung
an der Platte 57 zu der benachbarten Übergangsstrecke 49 viel größer als zu der
vorangegangenen Strecke 47.
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Wie in der Fig. 3 dargestellt, kann die gewünschte Streckenausbildung
durch Aufbau der Speicherungskathoden aus metallischen Streifen gegenüber der Anodenkante
erzielt werden. Ein Teil der Breite der Streifen, die der Anode benachbart sind,
wird sodann abgeschnitten und der verbleibende Teil zu der Breitseite der Anode
umgebogen.
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Zur Begrenzung der Entladungsfläche auf den Kantenteil des Kathodenendteiles
56 besteht eine geeignete praktische Maßnahme darin, die Metallstreifen 58 und 59,
wie gezeigt, zwischen den beiden Flächen 6o und 61 einzuklemmen. Die letzteren bestehen
aus Glimmer oder irgendeinem anderen geeigneten Isoliermaterial. Die oberen Kanten
der Glimmerflächen befinden sich mit den Abschneidekanten der Streifen 58, 59 in
gleicher Höhe. Der verbleibende, nicht abgeschnittene Teil ist eine Fortsetzung
des Streifens, der rechtwinklig zu diesen Kanten umgebogen ist und eine Platte 57
bildet, die rechtwinklig über die Glimmerscheibe 61 hinausragt. Die Übergangselektroden
54 und 55 sind ebenfalls aus Streifen gleicher Dicke gebildet. Ihre Breite ist gleich
der Breite der Platte 57, und sie sind in ähnlicher Weise über die Kante der Glimmerplatte
61 umgebogen. Die Kathodenanordnung kann dann durch die mit 62 gekennzeichneten
Niete zusammengehalten werden. Die umgebogenen Teile der Übergangselektroden und
der Speicherungskathoden haben
ungefähr die gleiche Lage, so daß
die Übergangsstrecke und der benachbarte Teil der vorangegangenen Speicherungsstrecke
gleiche elektrische Charakteristiken aufweisen. Der Kathodenendteil 56 soll sich
mit der Oberkante der Glimmerplatten 6o und 61 in gleicher Höhe befinden, während
die unteren Flächen der umgebogenen Teile 57 und 55 diese Oberkante etwas überragen
können.
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Vorteilhaft ist es, wenn der Abstand zwischen benachbarten Strecken
klein ist. Der Abstand zwischen einer Übergangskathode und der Speicherungskathode
zu jeder Seite entspricht größenordnungsmäßig der Länge des Kathodenfalls für normale
Glimmentladung, wobei die Zündspannung für die Strecke, die neben einer in Entladung
befindlichen Strecke liegt, durch Feld- und Ionisationskopplung angenähert auf die
Brennspannung der gezündeten Strecke reduziert wird.
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Eine einfache praktische Konstruktion einer solchen Anordnung ist
in Fig. q. dargestellt. Die Kathodenanordnung 63 ist an Haltestäben 64 eines Quetschfußes
65 einer üblichen Röhrenumhüllung 66 befestigt. Die unteren Enden 67 der metallenen
Kathodenstreifen können unterhalb der Isolatoren, zwischen welchen sie, wie oben
angegeben, festgeklemmt sind, herausragen, damit die Drähte 69 daran angeschweißt
werden können. Eine Anode 7o in Form einer Metallplatte, die der Kante der Kathodenreihe
gegenüberliegt und deren benachbarte Kante umgebogen ist, um eine Entladungsfläche
zu bilden, die zu den Kathodenplatten parallel ist, wird von den Stiften 64 gehalten.
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Bei einer nach den genannten Prinzipien gebauten Röhre waren die Speicherungskathoden
aus 3,5 mm breiten Nickelstreifen gebildet, von denen an einem Ende ein Teil abgeschnitten
war, so daß eine Kathodenplatte von 1,5 mm2 verblieb. Die Übergangselektroden wurden
aus 1,5 mm breiten Nickelstreifen gebildet, so daß bei Umbiegung ein Fortsatz entstand,
der ähnlich ausgebildet war wie der Fortsatz an den Speicherungskathoden. Bei dieser
Umbiegung der Streifen wurde ein erheblicher Unterschied der Entladungsstreckenlänge
jeweils zwischen den verkürzten Endteilen (Kanten) und den umgebogenen Teilen der
Speicherungskathode zur Anode erzielt. Benachbarte Streifen waren Kante an Kante
in einem Abstand von 0,38 mm angeordnet. Die Anode bestand ebenfalls aus
einem Nickelstreifen. Nach Anbringung der Elektrodenanordnung und Vervollständigung
der Umhüllung wurde die Röhre mit einem Gasgemisch aus 92 °/o Ne, 7 °/o HZ und 1
0/a Ar mit einem Druck von loo mm Quecksilbersäule gefüllt.
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Alle Strecken dieser Röhre hatten eine statische Zündspannung von
ungefähr 240 V. Die Brennspannung zwischen den umgebogenen Fortsätzen und der Anode
betrug etwa 164 V, während die Brennspannung der Speicherungsstrecken mit den verkürzten
Kathodenendteilen (Kantenteilen) ungefähr um 1o V höher lag. Hiervon ist ungefähr
i V durch den Unterschied in der Streckenlänge bedingt und der Rest durch die Unterschiede
in der Form der Entladungsfläche. Die Verkleinerung der Zündspannung (oder Kopplungsspannung)
für verschiedene Übergangselektrodenströme in den benachbarten Speicherungsstrecken
zu jeder Seite einer Übergangsstrecke ist im folgenden gezeigt.
| 0i 1 Ga |
| 1 mA ................. 19 V 66 V |
| 2 mA ................. 29 V 79 V |
| 4,5 mA . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 V 86 V |
Hierin sind G1 und Ga benachbarte Strecken, wobei, in der gewünschten Richtung der
Folgeentladung betrachtet, G1 die vorangehende und G2 die nachfolgende Strecke ist.
Es ist zu ersehen, daß ein Unterschied zwischen den Kopplungen der beiden Richtungen
von etwa q.o bis
50 V erzielbar ist.
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In gewissen Schaltungen kann eine einfache geradlinige Anordnung,
die der beschriebenen entspricht, von Wert sein, beispielsweise für eine Schaltung,
wie sie im Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben wurde. Es wird jedoch ein kreisförmiger
Aufbau im allgemeinen bevorzugt.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Fig. 5 bis
7 dargestellt. In dieser Anordnung sind die Speicherungskathoden 71 (Fig. 6) und
die Übergangselektroden 72 aus metallischen Streifen gebildet und radial angeordnet
und liegen zwischen einer ringförmigen Isolierplatte 73 und einem weiteren Paar
von runden Isolierplatten 74 und 75 (Fig. 7). Die Kanten der Platten decken sich,
und die vorher erwähnten Kante an Kante liegenden Teile der Speicherungskathoden
ragen hinter den Umfangskanten der Isolierplatten hervor. Alle Übergangselektroden,
mit Ausnahme einer einzigen, sind wie Finger ausgebildet, die von einem mittleren
metallischen Teil ausgehen, der die Form einer Spinne 76 hat (Fig. 6). Die Kanten
der Finger sind umgebogen und bilden im vorher erwähnten Sinne die ausgedehnten
Kathodenflächen. Die verbleibende Übergangselektrode 77 entspricht in der Form einem
der obenerwähnten Finger, ist jedoch von diesen isoliert. Die verschiedenen Speicherungskathoden
sind zwischen benachbarten Übergangselektroden angeordnet: Die Kathodenanordnung
liegt zwischen einem Paar von ringförmigen Metallscheiben 78 und 79 mit aufgebogenen
Rändern, die voneinander weg gerichtet sind. Die umgebogenen Teile der Übergangskathoden
und der Speicherungskathoden dehnen sich über einen der Ränder aus. Der Abstand
zwischen den Kathodenflächen und den Scheiben ist so bemessen, daß die Scheiben
als Feldsteuerplatten dienen können, die die Kathodenglimmentladung auf die gewünschten
Flächen der Kathoden bündeln. Bei dieser Konstruktion haben die Anoden die Form
einer umgedrehten Tasse 8o, die gegenüber der Kathoden- und Steuerplattenanordnung
einen festen Abstand aufweist. Der Rand der Tasse umgibt die Anordnung derart, daß
mit den Speicherungs- und Übergangselektroden eine kreisförmige Anordnung von radialen
Entladungsstrecken gebildet wird. Natürlich kann auch eine ähnliche Konstruktionsart
angewendet werden, in welcher die Anode innerhalb der Kathodenanordnung liegt.
Bei
einer speziellen, der Erfindung entsprechenden kreisförnügen Anordnung mit Außenanode
weist die Übergangselektrodenspinne neun Finger auf, die aus Blech ausgestanzt sind,
wobei die Ränder der Finger rechtwinklig, wie in Fig. 6 und 7 gezeigt, umgebogen
sind. Die so erhaltene Spinne hat einen Durchmesser von ungefähr 28 mm. Die Spinne
liegt mittels der Stiftniete 81 an den Fingern auf der ringförmigen Glimmerplatte
7q.. Die einzelnen Speicherungselektroden und die übrigen Übergangselektroden sind
in ähnlicher Weise am Glimmer befestigt mit Hilfe der Stiftniete 82, die aus dem
Elektradenmetall ausgestanzt sind. Die umgebogenen Teile der Speicherungselektroden
und der Übergangselektroden sind jeweils 2,5 mm lang, die ohne Umbiegung versehenen
Kantenteile der Speicherungskathoden haben eine Länge von 3,19 mm, während die Lücken
zwischen benachbarten Elektroden ungefähr 0,31 mm betragen. Die Glimmerplatte 73
liegt über den Kathoden und die dritte ringförmige Glimmerplatte 75 unter der Platte
7q,.
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Die Anordnung liegt zwischen den ringförmigen Feldsteuerplatten 78
und 79, derart, daß der Rand von 78 mit den umgebogenen Kathodenteilen auf der gleichen
Zylindermantelfläche liegt, der Rand der Platte 79 jedoch in einem Abstand von o,125
mm nach innen gerückt ist. Das entspricht der Länge des Kathodenfalls der Spannung
für normale Glimmentladung. Die Feldsteuerplatten und die drei Glimmerscheiben sind
miteinander durch Hohlniete 83 befestigt, die gemeinsam mit den Hohlnieten 8¢ durch
die Aussparungen in den Kathoden hindurchragen und die Feldsteuerplatten zusammenklemmen
und so eine starre Kathode, Übergangselektrode und Steuerplattenzusatzanordnung
bilden. Zwei kreisförmige Glimmerscheiben 85 und 86 dienen zur Abstandshalterung
der Anode 8o. Die Glimmerscheibe 85 ist in den Innenrand der oberen Feldsteuerplatte
78 eingepaßt und mit Hilfe von Nieten 87 und 88 mit der Glimmerscheibe 86 verbunden,
die auf dem Rand der Platte aufliegt und im Innern der Anode so befestigt ist, daß
deren richtige Lage gesichert ist. Die Niete 87 dienen ebenfalls der Befestigung
der Anode 8o, aber diese weist um die Niete 88 herum eine Abstandsaussparung auf.
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Die Anodenanordnung wird von zwei Stiften 89 gehalten, die mit den
Nieten 87 in der Anodenanordnung und den Nieten 84 in der Kathodenanordnung verschweißt
sind. Zwei Stifte go und g1, die jeweils mit einem Niet 83 der Kathodenanordnung
und ebenfalls einem Niet 88 an der Anodenanordnung verschweißt sind, dienen als
Haltestifte für die gesamte Elektrodenanordnung. Sie sind in den Quetschfuß g2 eines
üblichen Röhrenfußes eingeschmolzen. Der Stift go dient als Leiter zu den Feldsteuerplatten
78 und 79. Die Leiter 93 zu den Speicherungs-und Übergangselektroden sind an diese
Teile angeschweißt und gehen durch ein mittleres Loch der unteren Feldsteuerplatte
zum Quetschfuß. Die Anode wird von dem Leiter 94 zu dem Kappenanschluß 95 des Kolbens
96 der Röhre gehalten.
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Vor dem Abschmelzen wird der Kolben evakuiert, geheizt und mit der
obengenannten Gasmischung von Neon, Argon und Wasserstoff gefüllt. Bei einen Anoden-Kathoden-Abstand
von 1 mm .hat die er wähnte Röhre eine statische Zündspannung vor annähernd
230 V. Die Brennspannung zu der Speicherungskathoden und Übergangselektroden
beträgt etwa 150 V. Die Differenz zwischen der Vorwärts- und Rückwärtsionisationskopplung
ist von dez gleichen Größenordnung wie bei der vorher erwähnten geradlinigen Anordnung.
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Während des Betriebs der in Zusammenhang mit Fig. 2 beschriebenen
Schaltung sind die Übergangselektroden mit 6o V vorgespannt, und die Kathoden haben,
wenn sie leitend sind, eine Spannung von 50 V. Das feste Anodenpotential
im Zeitraum zwischen den Impulsen beträgt Zoo V. Die negativen Impulse von 24 ,us
Dauer und 8o V Amplitude werden den Übergangselektroden zugeführt.
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Auf Grund von Versuchen mit Röhren, die den Fig. 5, 6 und 7 entsprechen,
wird nunmehr die Verwendung einer Konstruktion vorgezogen, die im Hinblick auf die
Herstellung größerer Stückzahlen und die Schalttoleranzen etwas abgewandelt ist.
In erster Linie werden die Übergangselektroden vorzugsweise so ausgebildet, daß
von diesen ein gewisser Grad von Richtungskopplung erhalten wird. Um dies zu erreichen,
sind die umgebogenen Teile der Übergangselektroden dreieckig zugeschnitten, wie
es in der Ansicht in Fig. 8 gezeigt ist, in der zwei Speicherungskathoden 71 zu
beiden Seiten einer entsprechend abgewandelten Übergangselektrode 97 liegen. Der
umgebogene Teil der Übergangselektrode ist als rechtwinkliges Dreieck geformt, dessen
Hypotenuse gegenüber der Kathodenplatte 98 und dessen rechter Winkel neben dem abgeschnittenen
(verkürzten) Kathodenende 99 liegt. Bei dieser Konstruktion wird die Kopplung von
einer Entladung an 97 zu der Platte 98 vermindert, während die Kopplung zu dem Ende
99 erhalten bleibt. Die Konstruktion erlaubt auch eine Verminderung des Übergangselektrodenentladungsstromes,
wodurch die Eingangsimpedanz der Röhre vergrößert wird.
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Eine weitere wichtige Verbesserung betrifft die Beschränkung des Kathodenglimmens
auf die gewünschten Entladungsflächen, insbesondere im Falle des abgeschnittenen
Kathodenendteiles 99. Wie in Fig. 7 gezeigt, werden metallische Feldsteuerplatten
78 und 79 verwendet, deren Flächen von der Rückseite der Speicherkathodenplatten
und der Übergangselektroden und von den Seiten des Kathodenendteiles einen Abstand
aufweisen, der kleiner ist als der Kathodenfall bei normaler Glimmentladung. Es
ist jedoch zu ersehen, daß die Winkel loo der Steuerplatten 78 und 79 etwas abgerundet
sind.
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Aus diesem Grunde wird eine Konstruktion vorgezogen, die der der Fig.
9 entspricht, in welcher die Teile, die mit der Konstruktion der Fig. 6 und 7 gemeinsam
sind, mit gleichen Kennzeichen versehen sind. In Fig. 9 ist die untere Steuerplatte
1o1, die an Stelle des Teiles 79 in Fig. 7 tritt; geschlitzt und weist umgebogene
Teile 1o2 auf, die hinter den Übergangskathoden 97 und den Plattenteilen 98 der
Speicherelektroden liegen. Die Teile zwischen diesen Teilen 1o2 sind abgeschnitten,
so daß dazwischen
parallel zu den Kathodenenden 99 Ausnehmungen
103 entstehen. Der Teil 78, vormals obere Steuerplatte, dient hier mehr als Anodenhalteschale,
während ein weiterer Teil Zoo, der zwischen dieser und der Glimmerscheibe 73 liegt,
als obere Steuerplatte dient. Dadurch wird die Einwirkung der abgerundeten Ecken
Zoo beseitigt, und es ist sichergestellt, daß die Kathodenglimmentladung auf die
gewünschten Flächen beschränkt ist.
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Bisher ist noch nichts über die Bedeutung der Feldsteuerplatten gesagt
worden. Damit bei den Speisespannungen Spannungstoleranzen zugelassen werden können,
liegen die Feldsteuerplatten vorzugsweise an einer positiven Vorspannung von etwa
8o V Nennspannung. Der tatsächliche Wert ist von Fall zu Fall so gewählt, daß man
die weitesten Arbeitsspannungsgrenzen erhält.
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Für die obenerwähnten, etwas abgeänderten Konstruktionen, die im Zusammenhang
mit Fig.5, 6 und 7 beschrieben wurden, sind im folgenden einige typische Gleichstromwerte
aufgeführt.
| Gleichstromzündspannung, Speicherungs- |
| Kathode-Anode ............ , ........ 230 V |
| Wechselstrom-Zündspannung, Übergangs- |
| Kathode-Anode ....................... 230 V |
| Brennspannung (Anoden-Kathoden-Platte) 155 V |
| Maximaler Dauerstrom . . . . . . . . . . . . . . 5,5 mA |
| Unterschied in der Kopplung . . . . . . . . . . . . 40 V |
| Sättigungsstrom des abgeschnittenen (ver- |
| kürzten) Kathodenendteiles............ . 0,5 mA |
| Kopplung zwischen benachbarten Speiche- |
| rungskathoden ........................ 30 V |
| Maximaler Plattenstrom, bevor die Ent- |
| ladung sich von der Kathodenplatte einer |
| Übergangsstrecke zum Kathodenendteil |
| der nachfolgenden Speicherungsstrecke |
| ausdehnt ............................. 5,5 rr'A |
Einige typische Arbeitsbedingungen speziell für eine Impulsfolgefrequenz in der
Größenordnung von o bis 3 kHz, bei welcher der Ausgangsimpuls von der Ausgangskathode
etwa rechteckig ist, sind folgende:
| Anoden-(Batterie)-Spannung....... 320 V ±
30 V |
| Vorspannung der Übergangskathode 55 V |
| Vorspannung der Steuerplatte..... 8o V |
| Anodenwiderstand. . . . . . . . . . . . . . .. 18 KSZ fest |
| -I- 50 Kg? variabel |
| Speicherungskathodenzeitkon- |
| stantenkreise (RC-Glieder 34, 35 |
| in Fig. 2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . io K,
o,oi ,uF |
| Impulsamplitude . . . . . . . . . . . . . . . - 8o V |
| Impulsdauer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25,us |
Es sei bemerkt, daß der Ausgangsimpuls nicht mehr rechteckig ist, wenn die Röhre
mit einem oben angegebenen Kathodenzeitkonstantenglied mit Impulsfolgefrequenzen
arbeitet, die höher als 3 kHz sind.
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Eine andere Konstruktionsart eines radialen Aufbaus der Röhre entsprechend
der Erfindung ist schematisch in Fig. io dargestellt. In dieser Konstruktion sind
Umbiegungen der Elektroden vermieden. Die Elektroden sind als im wesentlichen ebene
Scheiben ausgebildet, jedoch mit schalenähnlichen Verformungen geringer Tiefe für
Befestigungszwecke. Die Kathoden sind, wie bei den vorher beschriebenen Anordnungen,
mit einer gestuften Kante ausgestattet, um jeweils eine Kathodenplatte zu bilden,
die über das verkürzte Kathodenende radial hinausragt, ohne indessen umgebogen zu
sein. Der verkürzte Kathodenendteil ist in Fig. 1o mit 105 und der Kathodenplattenteil
mit io6 und 107 bezeichnet. Die Übergangselektroden sind ähnlich geformt
wie die Kathodenplattenteile und ebenfalls nicht umgebogen. Die Steuerplatten io8
und iog sind kreisförmig, jedoch ohne Einschnitte ausgebildet. Der Rand der oberen
Steuerplatte iog liegt mit den Kanten des verkürzten Kathodenendteiles in einer
Senkrechten und desgleichen der Rand der unteren Steuerplatte io8 mit den Kanten
der unverkürzten Kathodenplatten. Auch die Anode iio ist im wesentlichen flach.
Eine Entladung an dem verkürzten Kathodenendteil kann nur entlang seiner äußeren
Kante auftreten, während eine Entladung an dem Kathodenplattenteil auf deren obere
Fläche begrenzt ist, die natürlich noch etwas dichter an der Anode ist als jene
Kantenteile, die den verkürzten Endteil bilden.
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Für gewisse Schaltungen kann es von Vorteil sein, wenn sowohl die
Übergangselektroden als auch die Speicherungskathoden so aufgebaut sind, daß ein
Maximum einseitig gerichteter Kopplung erzielt wird. Andererseits kann in einer
Röhre, in welcher alle Elektroden eine gerichtete Kopplung aufweisen, die Verwendung
von besonderen Übergangselektroden hinfällig werden.
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Wie in der Schaltung der Fig. ii gezeigt, können die Kathoden in zwei
Gruppen angeordnet sein, so daß die Kathoden abwechselnd über die RC-Glieder iii
bzw. 112 geerdet sind. Ein gemeinsamer Anodenwiderstand 113 verbindet die Anode
114 mit der Batterie 115. Nur die Kathode 116 (letzte Kathode der Anordnung) ist,
wie dargestellt, mit einem Impulstransformator 117 und mit einem besonderen RC-Glied
118 verbunden. Die Einzelwerte der Schaltung können so gewählt sein, daß zu jeder
Zeit jeweils nur eine Kathode in Entladung verbleiben kann, während der gemeinsamen
Anode negative Löschungsimpulse über den Blockkondensator iig und den Widerstand
i2o zugeführt werden können. Jeder dieser Impulse bringt die Anoden-Kathoden-Spannung
unter den Brennspannungswert irgendeiner Strecke der Anordnung, derart, daß die
Entladung erlischt. Nach dem Impuls wird diese Kathode nicht wieder zünden können,
da ihr Kathodenpotential durch das RC-Glied positiv gehalten wird, während die Kopplung
zu der nächsten Kathode der Anordnung hinreichend ist, um die Zündung dieser Kathode
zu bewirken. Auf diese Weise kann die Schaltung zur Zählung negativer Impulse verwendet
werden.
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Es ist einleuchtend, daß eine derartige kreisförmige Anordnung so
angeordnet sein kann, daß sie einen fest definierten Ruhezustand hat, daß also die
erste Entladung immer an einer vorbestimmten Strecke auftritt und die Zählung stets
mit dieser Strecke beginnt. In Fig. ii wird diesem Umstand Rechnung getragen durch
die Batterie 121 und die Klemme 122, die parallel zu dem Schaltglied 118 liegt.
Die
bisher beschriebenen Schaltungen setzen sämtlich die Verwendung von Zeitkonstantengliedern
voraus. Wenn in der Schaltung nach Fig. ii die Zeitkonstantenglieder 111, 112 und
118 wegfallen, so wird nach einem Löschungsirnpuls die Elektrode, die soeben erloschen
ist, infolge der Restionisation in der Strecke wiederzünden, bevor die Ionisationskopplung
eine Entladung in der nächsten Strecke bewirkt haben würde. In der Schaltung nach
Fig. ii wird dieses natürlich für die soeben gezündete Kathode dadurch vermieden,
daß sie durch das RC-Glied für eine gewisse Zeit positiv bleibt. Es konnte jedoch
festgestellt werden, daß es möglich ist, die Zeitkonstantenglieder fortzulassen,
wenn die Übergangselektroden wieder eingeführt werden, die dann jedoch ähnlich geformt
sind wie die Speicherungskathoden, nämlich derart, daß jede Kathode, also nicht
nur die Speicherungskathoden, sondern auch die Übergangskathoden, eine gerichtete
Ionisations- und Feldkopplung bewirken.
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Eine der Erfindung entsprechende Einrichtung mit gerichteten Übergangselektroden
ist in den Fig: i2, 13 und 14 dargestellt, in welchen der Elektrodenaufbau der Röhre
Z23 durch eine mittlere Platte UM aus Glimmer oder einem anderen geeigneten Isoliermaterial
gekennzeichnet ist. An beiden Seiten dieser Platte sind mittels Hohlnieten Kathoden
125 befestigt, so daß zwei Anordnungen gebildet werden, von denen die Richtung der
Zündfolge an der einen Seite entgegengesetzt ist der der anderen Seite. Zwei Anoden
126, die in geeigneter Weise miteinander verbunden sind, sind an der Isolierscheibe
oberhalb der Kathoden befestigt. Die Kathoden ragen an einem oder beiden Enden hinter
der Kante der Glimmerscheibe hervor, wie in Fig. 13 dargestellt, so daß eine Kopplung
zwischen der letzten Strecke an der einen Seite und der ersten an der anderen Seite
eintreten kann. Auf diese Weise ist das Äquivalent einer kreisförmigen Anordnung
geschaffen. Die Entladungsfolge schreitet an der einen Seite der Scheibe in einer
bestimmten Richtung und an der anderen Seite in der entgegengesetzten Richtung fort.
Feldsteuerplatten Z27 zur Begrenzung der Streuung der Kathodenglimmentladung von
der gewünschten Kathodenfläche sind ebenfalls an der Haupttragscheibe befestigt.
Die Anordnung befindet sich in einer normalen Röhrenumhüllung; wie in Fig. 12 dargestellt.
Die Schaltung einer solchen Röhre zeigt Fig. 15.
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In Fig. 15 sind die Übergangselektroden 128 durch die Batterie 129
so positiv vorgespannt, daß sie nur eine Entladung aufrechterhalten, wenn den Klemmen
13o ein Impuls zugeführt wird. Die übrigen Kathoden, die Speicherungskathoden, sind
vorzugsweise über einen Widerstand 131 mit Erde derart verbunden, daß der Außenwiderstand
für alle Kathoden gleich ist, während eine der Kathoden (die mit 132 bezeichnete)
mit einem Transformator 133 verbunden ist, der die Weiterleitung eines Zeichens
zur nächsten Schaltung bewirkt. Der gemeinsame Anodenwiderstand 134 ist wie bei
den vorher beschriebenen Beispielen angeordnet. Der negative Impuls wird von der
Klemme 13o den Übergangselektroden zugeführt. Diese Impulse müssen hinreichend lang
sein, damit ein Abklingen der Restionisation in der Strecke bewirkt wird, welche
durch die Zündung der Übergangsstrecke erloschen ist. Infolge der gerichteten Ionisationskopplung
ist die Kopplung von der Übergangsstrecke zur nächsten folgenden Speicherungsstrecke
größer als zu der eben erloschenen. Wenn sich während der Zeit zwischen den Impulsen
eine der Speicherungskathoden in Entladung befindet, so ist in gleicher Weise die
Kopplung zu der folgenden Übergangsstrecke größer als zu der vorangegangenen.
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Eine Anordnung, die nach den Prinzipien der Fig. 12 bis 15 hergestellt
wurde und die im wesentlichen ähnliche Elektrodendimensionen aufweist wie die oben
beschriebenen, konnte, wie festgestellt wurde, Zählungen mit einer Impulsfolgefrequenz
von 3o kHz bewältigen.
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Bei einigen der beschriebenen Anordnungen, bei welchen die Speicherungs-
und Übergangselektroden umgebogene Teile aus Metallstreifen aufweisen, ist es vom
Standpunkt einer noch weiteren Reduzierung der Rückwärtskopplung möglich und vorteilhaft,
diese Metallstreifen nicht sämtlich in der gleichen Richtung umzubiegen. In der
Anordnung nach Fig. 3 können beispielsweise jeweils die Metallstreifen eines Elektrodenpaares
(Speicherungs- und Übergangskathode) in der gleichen Richtung, die des nächsten
Paares aber in der entgegengesetzten Richtung umgebogen sein.
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Natürlich sind weitere Ausführungen der Erfindung möglich. Während
beispielsweise für die beschriebene, der Erfindung entsprechende Schaltung jeweils
nur eine einzige, gemeinsame Anode verwendet wird, ist eine Unterteilung der Anode
mit getrennten Zuleitungen möglich.