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Gittergesteuerte Gasentladungsröhre mit kalter Kathode für Gleich-
oder Wechselspannung Die Erfindung bezieht sich auf Glimmentladungsröhren mit mindestens
einer Steuerelektrode und kalter Kathode und ihre Verwendung als wirksamer Teil
in einer elektrischen Schaltung. Es ist bekannt, daß gittergesteuerte Gasentladungsröhren
als Schalter nach Belieben mit hohen Anodenspannungen von einigen ioo Volt oder
niedrigen Spannungen unter ioo Volt betrieben werden können, indem lediglich das
Potential der Zündelektrode mehr oder weniger negativ zu halten ist. Hat die Röhre
gezündet, so übt die Zündelektrode praktisch keinen Einfluß mehr aus. Wird sie also
nicht mit Wechselspannung betrieben, so ist kurzzeitig die Unterbrechung des Entladungskreises
Anode-Kathode z. B. mittels einer Kippschaltung erforderlich. Andererseits ist die
gittergesteuerte Gasentladungsröhre für Wechselspannungsbetrieb in einem größeren
Bereich der Anodenspannung nicht stabil zu halten, zumal in der Ausführung mit kalter
Kathode. Bei der kalten Kathode dient eine Hilfs-oder Vorentladung als Elektronenquelle
für den Entladungsweg; steht eine Wechselspannung an der Hilfsentladungsstrecke,
so wird der rückzündungsfreie Arbeitsbereich noch weiter eingeschränkt.
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Der Erfinder hat sich die Aufgabe gestellt, eine Glimmentladungsröhre
mit mindestens einer Steuerelektrode und kalter Kathode zu schaffen, die gleichermaßen
bei Wechsel- wie bei Gleichspannungsbetrieb in einem größeren Bereich zuverlässig
und stabil arbeitet, ohne daß in der äußeren Schaltung
zusätzliche
Hilfsgleichspannungsquellen erforderlich sind, und eine große Steuerempfindlichkeit
besitzt, d. h. der Anodenspannungsbereich (UA-Bereich) zwischen Funktionseinsatz
und Selbstzündung soll i :2 oder größer, die Steuerleistung praktisch Null sein,
die Steuervorspannung o Volt betragen oder schwach negativ sein und eine Steuerspannung
von etwa i Volt zur Zündung ausreichen.
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Die Vorentladungsleistung soll vergleichsweise klein gegen die Schaltleistung
sein, um die Röhre besonders.geeignet für die Verwendung als Schalter in Ruheschaltung
zu machen.
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Erfindungsgemäß wird mit der in der Röhre liegenden Entladungsstrecke
eine innere Gleichrichterstrecke in Reihe geschaltet und dadurch erreicht, daß die
Röhre nach außen genau die gleichen Eigenschaften im Betrieb mit Gleichspannung
wie mit Wechselspannung aufweist. Diese Maßnahme gewährleistet außerdem eine vollkommene
Kurzschlußsicherheit. Die Gleichrichterstrecke kann an der Anode oder der Kathode
der Röhre angeordnet sein; allgemeinste Verwendungsmöglichkeit bietet ein System
mit je einer Strecke an der Anode und Kathode. Bei Anordnung an der Anode ist diese
zugleich als Kathode der Gleichrichterstrecke ausgebildet und wirksam. Bei Betrieb
mit Gleichspannung ist bei dieser Ausbildung eine Unterbrechung des Entladungskreises
notwendig. Bei Anordnung an der Kathode muß wegen der dort zur Ausbildung kommenden
Vorentladung die Gleichrichterstrecke als geschlossenes und gegen den Kathodenraum
der Entladungsstrecke abgeschirmtes System aufgebaut sein, dessen Anode mit der
Kathode der Entladungsstrecke parallel geschaltet ist.
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Bei Gleichspannungsbetrieb kann die Gleichrichterstrecke zur Spannungsstabilisierung
dienen. Im folgenden werden, unterstützt durch eine Zeichnung; zwei Anwendungsbeispiele
der Erfindung beschrieben. In der Zeichnung zeigt Fig. i eine gittergesteuerte Gasentladungsröhre
mit kalter Kathode mit eingebauter Gleichrichterstrecke auf der Anodenseite in schematischer
Darstellunz nebst Schaltun. Fig. 2 dasselbe für eine Röhre mit Gleichrichterstrecke
auf der Kathodenseite mit Schaltungsbeispiel einer Gleichrichtung nur für die Vorentladungsstrecke.
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Wie Fig. i in einem schematischen Querschnitt zeigt, besteht die erfindungsgemäße
Glimmentladungsröhre in üblicher Weise aus einer Schirmelektrode i mit Schirmgittern
ia und ib, der Anode 5, dem Steuergitter 3 und der Kathode 4.
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Das ganze System ist in einem Vakuumgefäß eingeschlossen zu denken.
Die Kathode ist im Betrieb ungeheizt und besteht vorzugsweise aus einem dünnen Draht,
der gegebenenfalls eine aktive Oberflache besitzt. Die Aktivierung kann in bekannter
Weise durch Füllgasentladung oder mittels geeigneter Hilfsverbindung durch NF-Heizung
oder indirekt durch HF-Heizung von außen erfolgen. Geometrischer Abstand, Gasart
und Druck werden so gewählt, daß bei der Betriebsspannung der Röhre die Steuervorspannung
Null oder gegebenenfalls negativ ist und der Steuerspannungsbedarf etwa i Volt beträgt.
Zwischen der Kathode 4 und dem Schirmgitter ia findet eine Vorentladung statt, die
als Elektronenquelle für die Entladungsstrecke dient. Insoweit ist der Aufbau der
Röhre dem Fachmann bekannt.
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Erfindungsgemäß ist nun die Anode 5 der Entladungsstrecke zu einem
räumlich geschlossenen Kasten 2 umgestaltet (s. Fig. i), der an der Außenseite bei
5 seine alte Funktion als Anode in der Entladungsstrecke beibehält, innen aber mit
einer Aktivierungsschicht 6 versehen ist und gegenüber einer Gleichrichteranode
7 in an sich bekannter Weise als Kathode einer Gleichrichterstrecke wirkt. Der Kasten
besteht mindestens so weit aus Metall, daß die Aktivierung der Anodenkathode durch
HF-Heizung erfolgen kann.
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Die Glimmentladungsröhre arbeitet in der erfindungsgemäßen Ausbildung
in gleicher Weise bei Gleichspannung wie bei Wechselspannung. Fig. i zeigt die äußere
Schaltung für den Fall der Verwendung als Schalter. Der Transformator io übersetzt
die Netzspannung auf einen passenden Wert der Betriebswechselspannung. Am Kondensator
i i steht die in der Gleichrichterstrecke 6-7 gleichgerichtete Anodenspannung für
die Entladungsstrecke. Die Steuerwechselspannung wird ohne oder mit negativer Vorspannung
an die Schirmelektrode i und die Steuerelektrode 3 angelegt. Die Schirmelektrode
ist mit dem Abgriff des als Parallelwiderstand zum Kondensator i i liegenden Potentiometers
12 und die Kathode 4 mit dem negativen Pol des Ladekondensators verbunden. Wird
die Röhre mit Gleichspannung betrieben, so tritt an die Stelle des Kondensators
i i in der Schaltung die Gleichspannung UA = auf. In diesem Fall wirkt die innere
Gleichrichterstrecke als Stabilisierungsstrecke bei Schwankungen der äußeren Betriebsspannung.
Die Löschung einer einmal eingeleiteten Entladung wird wesentlich vereinfacht, wenn
nach weiterer Erfindung die Anode der Glimmentladungsröhre mit Wechselspannung betrieben
und die innere Gleichrichterstrecke auf der Kathodenseite angeordnet wird. Die Ausbildung
der Röhre für diesen Fall zeigt Fig.2. -Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche
Systemteile oder Schaltungselemente wie in Fig. i. Die Kathode 14 einer Gleichrichterstrecke
14, 15 ist mit der Kathode ¢ der Entladungsstrecke parallel geschaltet, der Kondensator
17 liefert die Gleichspannung für die Vorentladung 4 nach i. Damit nicht eine Vorentladung
von q. nach 15 stattfinden kann, ist das Gleichrichtersystem 14, 15 von einem Isoliermantel
16, z. B. einem Glas- oder Keramikröhrchen, umschlossen; es empfiehlt sich daher
besonders ein zylindrischer Aufbau. Bei Gleichspannungsbetrieb kann die Gleichrichterstrecke
wieder zur Spannungsstabilisierung dienen.
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Als besonderer Vorteil einer negativen Vorspannung ist zu werten,
daß sich bei schwankender Netzwechselspannung am Transformator io bei geeigneter
Wahl des Gasdruckes und der geometrischen Abmessungen der Röhre in Verbindung mit
der
äußeren Schaltung die Vorspannung U, = selbsttätig so
einstellt, daß der Arbeitspunkt etwa in der Mitte des U,4-Bereiches bleibt.
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Eine ganz allgemein verwendbaregittergesteuerte Gasentladungsröhre
mit kalter Kathode erhält man daher, wenn man sowohl auf der Anoden- wie auf der
Kathodenseite der Entladungsstrecke je eine Gleichrichterstrecke in der beschriebenen
Weise anordnet und alle Elektrodenanschlüsse über einen vielpoligen Sockel zur wahlweisen
Verwendung in einer äußeren Schaltung herausführt.