DE926439C - Gittergesteuerte Gas- oder Dampfentladungsroehre mit Gluehkathode - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 18. APRIL 1955

R 5519 VIII c 12ig

Die Erfindung bezieht sidh auf gittergesteuerte Gasentladungsrötaren· derjenigen Art, in welchen die Entladung in einem ionisierbaren Medium stattfindet.

Gittergesteuerte Entladungsröhren der genannten Art enthalten als ionisierbares Medium beispielsweise Argon, Xenon oder ein oder mehrere Edelgase oder andere Gase oder Metalldämpfe. Diese Röhren besitzen außerdem eine Glühkathode, ein Gitter und eine Anodle. In solchen Röhren 'kann die Zündung der Entladung auch dann, wenn an der Anode positives- Potential liegt, verhindert oder gesperrt werden, nämlich dadurch, daß man gleichzeitig dem Gitter ein ausreichend negatives Potential zuführt. Wenn diese negative Gittervorspannung vermindert wird, so zündet die Röhre, wenn die Gitterspannung die sogenannte kritische Steuerkennlinie der 'betreffenden Röhre schneidet. Nach dem Einsetzen der Entladung wird 'bei einer gewöhnlichen Gasentladungsröhre aber auch durch Verminderung der Gitterspannung unter den kritischen Wert die Entladung nicht wieder unterbrochen. Während des Stromdurchgangs umgibt sich nämlich das Gitter mit einer isogenannten Gitterhülle. Um dem Gitter die Steuerfähigkeit· zurückzugeben, muß man vielmehr den Entladungsstrom durch Absenkung des Anodenpotentials unter einen !bestimmten Wert vermindern. Nach der Unterbrechung der Entladung muß ein gewisses Zeitintervall verstreichen, bevor das Gitter seine Steuerfähigkeit zurückgewinnt. Dieses Intervall wurde ibiisher im allgemeinen als Entionisierungsaed-t bezeichnet. Es soll jedoch im folgenden mit dem zutreffenderen Ausdruck Erholungszeit RT

bezeichnet werden. Die Bezeichnung Entionisierungszeit wird im folgenden für diejenige Zeitspanne benutzt werden, welche die Röhre benötigt, um denjenigen Zustand wieder anzunehmen, dar, kurz yor dem Einsetzen der Entladung . besteht.

Ein Nachteil 'bei der Benutzung von gittergesteuerten Gasentladungsröhren mit Glühkathode liegt darin, daß die außen anzuschaltenden- Widerstände zwischen dem Steuergitter und der Vorspannungsquelle eine obere Grenze nicht überschreiten dürfen. Während der Erholungszeit derartiger Röhren fließt der Gitterstrom bei 'der üblichen- Schaltungsanordnung durch den Gittervorwiderstand nach Erde. Daher bildet sich an diesem Gittervorwiderstand ein Spannungsabfall, der das entgegengesetzte Vorzeichen besitzt wie die Gittervorspannungsquelle. Dieser Spannungsabfall subtrahiert sich also von der gewünschten Gittervorspannung¹. Dies läßt sich durch folgende Gleichung ausdrücken:

E_g=—C + I_gR_gVo\t,

in welcher E_g die am Gitter verfügbare Spannung bedeutet, C die Gittervorspannung, I_g den Gitter-" strom in Ampere und R_g den in Reihe zum Gitter liegenden Widerstand in Ohm. Offensichtlich wächst also der Verlust an. Gittervorspannung für einen gegebenen Gitterstrom I-_g mit zunehmendem Gittervorwid'erstand R_g. Dies ist insbesondere dann unerwünscht, wenn die Röhre auf ein. verhältnismäßig schwaches ^Signal ansprechen soll. In diesem Falle muß nämlich die Gittervorspannung der Zündspannung ziemlich nahe kommen und deshalb der Gitterwiderstand entsprechend klein gewählt werden. Diese Widerstandsverminderung bedeutet . aber einen Empfindlichkeitsverlust der Röhre.

Ein weiterer Nachteil derartiger Röhren ist die auf die Gitteremi'ssion .zurückzuführende In-Stabilität. Die Gitteremission stellt bei Stromdurchgang durch die Röhre einen annähernd konstanten Anteil des Gitterstromes dar. Dies gilt auch dann, wenn im Röhrenbetrieb kurze Pausen von der Größe von etwa Veo Sekunde oder weniger auftreten. Bei längeren Ruhepausen oder bevor die normale Arbeitstemperatur der Röhre erreicht ist, ändert sich die Gitteremission direkt proportional mit der Gittertemperatur. Die Zünd'kennlinie der Röhre ist während. dieser Änderung der Gitteremission instabil,. Hierdurch wird die praktische Abwendbarkeit dieser Röhren beschränkt.

Ein weiterer Nachteil solcher Röhren Hegt in der Länge der. nach einem Stromdurchgangsintervall erforderlichen, zur Wiederherstellung der vollen Sperrwirfcung notwendigen Zeitspanne. Diese Zeitspanne wunde, wie oben bereits erwähnt, bisher gewöhnlich als die Entionisierungszeit der Röhre bezeichnet und beschränkte bis jetzt die Frequenzhöhe, bis zu welcher die Röhre, betrieben werden konnte. Die Zeit Ibis zum vollständigen Verschwinden der. Leitfähigkeit solcher Gitterröhren .kann man auch als die Zeit bezeichnen,, welche zur Wiederherstellung, der Steuerfähigtkeit des Gitters erforderlich ist. Nach dem Ablauf dieser Zeit ist das Gitter nämlich in der Lage, eine Entladung vollständig zu sperren, selbst wenn zwischen -Kathode unld Anode eine solche Spannung Liegt, bei der an sich- ein Strom zwischen diesen beiden Elektroden übergehen könnte. Es wurde nun gefunden, daß das Gitter seine Steuerfähigkeit bereits zurückgewinnt, bevor das ionisierbare Medium vollständig entionisiert ist. Diese zur Wiedergewinnung der Steuerfähigkeit erforderliche Zeitspanne kann daher und¹ soll, wie bereits eingangs erwähnt, im folgenden ate die Erholungszeit RT der Röhre be- -zeichnet werden, da diese Definition den tatsächlichen. Verhältnissen am besten entsprechen¹ dürfte. Um Röhren der beschriebenen Art für den Betrieb bei höheren Frequenzen geeignet zu machen, ist es notwendig', die Erholungszeit abzukürzen."

Die Benutzung der erwähnten Röhren unterliegt aber noch anderen Beschränkungen., welche von· der jeweiligen Formgebung der Röhren abhängen, beispielsweise von der Kapazität zwischen den Elektroden, insbesondere von der Gitter-Anoden-Kapazität. Diese Eigenschaften der Röhre werden gemäß der Erfindung ebenfalls verbessert. - Ein Hauptzweck der Erfindung besteht in der Schaffung einer Röhre, welche für schwache Signalströme in hohem Grade empfindlich ist und gleichzeitig eine verbesserte Stabilität und eine kurze Erholungszeit aufweist.

Ein anderer.Zweck der Erfindung ist, eine Röhre zu schaffen, in welcher die Funktionen der Einleitung des Entladiungsvorgangs und die Zurückgewinnung der Steuerfähigkeit der Röhre durch getrennte Elektroden ausgeübt werden.

Weiterhin bezweckt die Erfindung, eine Röhre zu schaffen-, bei welcher die nachteilige Wirkung des Gitterstromes vermieden wird. '

Außerdem bat die Erfindung den Zweck, zu einer Röhrentform zu'kommen, in welcher die nachteiligen Einflüsse der Gitteremission nicht mehr auftreten. Schließlich hat die Erfindung noch eine Röhre zum Ziel, deren- Gitter-Anoden-Kapazität wesentlieh vermindert ist und bei der'die schädlichen Wirkungen dieser Kapazität fortfallen.

Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus' der nachfolgenden Beschreibung hervor.

Die Erfindung geht von einer gittergesteuerten Gasentladungsröhre mit Glühkathode und einer Füllung mit einem iqnisierbaren Medium aus·, in welcher ein die Röhrenkathode umschließendeis Sperrgitter sowie eine außerhalb des Sperrgitters liegende Anode vorhanden sind. Durch die Erfindung wird vorgeschlagen, dem Sperrgitter Zylindergestalt zu geben, es koaxial zur Kathode anzuordnen und in der Wand des Sperrgdtters einen in der Richtung der Zylinderachse verlaufenden Spalt anzubringen, durch den hindurch die Entladung zwischen 'der Anode und der Kathode übergeht und in welchem sich eine Zündelektrode befindet.

Fig. ι ist ein Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Röhre längs der Schnittebene 1-1 in Fig'. 2;

Fig. 2 ist ein Querschnitt durch die Röhre in der Schnitttebene 2-2 in Fig, 1;

Fig. 3 ist ein. Schaltbild für eine erfindungsgemäße Röhre nach Fig. ι;

Fig. 4 ist eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform einer erfinidungsgemäßen Röhre, bei welcher der Deutlichkeit halber bestimmte Teile abgebrochen gezeichnet sind;

Fig. 5 ist ein Querschnitt inder Schnittebene 5-5 in Fig. 4;

Fig. 6 ist ein Querschnitt durch eine Röhre nach Fig. 5, jedoch mit gewissen Abänderungen;

Fig. 7 ist ein Schaltbild einer Röhre nach Fig. 6; Fig. 8 ist eine iSchnittansicht entsprechend¹ Fig. 2

und veranschaulicht eine Abwandlung gegenüber Fig. 2 in dem Sinne, daß zwei dünne Drahtelektroden die Funktion der Zündelektrode übernehmen.

Für eine gegebene Vorspannung nimmt die eingangs definierte Erholungszeit mit der Größe des Gitterwiderstandes R_g zu. .Es wurde bisher allgemein angenommen, daß große Werte von. R_g zu einer Abnahme des positiven Ionenstromes im Gitterkreise führen· und zu einer Abnahme der Entionisierungsgeschwindigkeit. Im Gegensatz hierzu hat der Erfinder festgestellt, daß der positive Ionenstrom zum Gitter zeitlich vom Augenblick der Unterbrechung der Entladung an abnimmt und durchaus unabhängig von der Gittervorspannung oder dem Gitterwiderstand ist. Der Erfinder hat ferner gefunden, daß der Gitter vorwiderstand die Erholungszeit RT im erster Linie lediglich deshalb erhöht, weil er den Rückgang der Gitterspannung auf den Spannungsbetrag der Gittervorspannungsquelle verzögert.

Es sei bemerkt, daß der Gitterstrom in der vorliegenden Beschreibung derjenige Strom ist, der - nach der Unterbrechung der Entladung fließt. Während des Stromdurchgangs durch die Röhre stellt der Gitterstrom natürlich einen Leistungstverlust dar..Dieser läßt sich jedoch.ohne weiteres dadurch innerhalb erträglicher Grenzen halten, daß man einen Gitterwiderstand von entsprechend kleinem Wert wählt.

Aus den bisherigen Erläuterungen könnte geschlossen werden, daß eine Erhöhung 'der Gittervorspannung das Problem der Verkleinerung der Erholungszeit lösen würde. Tatsächlich ist dies aber bei der Verwendung eines nennenswerten Gitter Vorwiderstandes nicht in erheblichem Maße der Fall. Unter diesen Umständen bleibt das Gitter vielmehr nach dem Aussetzen· der Entladung noch für eine beträchtliche Zeitspanne auf Kaihodenpotential. Wenn man die Gittervorspannung stärker negativ machen würde, so treten verschiedene bemerkenswerte Nachteile ein. Einer dieser Nachteile ist, daß das Gitter dann zur Zündung des EntladungsvorgätigB eine größere Spannung erfordert. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß mit einer negativen Gittervorspannung auch die Erholungszeit wächst.

In Fig. ι und 2 ist in der Entladungsröhre 15 eine übliche Oxydglühlkathode 16 angebracht, welche durch eine Leitung 18 aus dem gasdichten Kolben¹ 17 herausgeführt ist. Die Anode 19, die teilweise gebogen" geformt ist, ist ebenfalls in ülblicher Weise ausgebildet und mit einer Zuleitung 20 verbunden. Das Sperrgitter 21, welches- ebenfalls ' teilweise bogenförmig ausgebildet ist, bildet einen Zylinder und entspricht im wesentlichen dem Steuergitter einer üblichen Gasentladungsröhre. Es ist an eine Leitung 22 angeschlossen. Die Elektroden sind wie üblich d'urch Anodenhaltedrähte 23, durch Sperrgitterhaltedrähte 24 und mittels Glimmerscheiben 25, 26 am oberen und unteren Ende distanziert. Die Kathode und¹ die bogenförmigen Teile der Anode 19 sowie des Sperrgitters 21 sind konzentrisch und koaxial angeordnet. Die Zündelektrode" 27 für eine derartige Röhre soll vorzugsweise die Form eines sich selbst tragenden Drahtes von extrem kleiner Oberfläche erhalten. Wie am deutlichsten in Fig. 2 dargestellt, soll die Zündelektrode 27 vorzugsweise in einer öffnung 28 im Sperrgitter 21 angebracht werden und parallel zur Kathode 16 verlaufen. Ein Zuführungsdraht 29 (Fig. 1) ist mit der Zündelektrode 27 verbunden.

Die Schaltung in Fig. 3 erläutert eine bevorzugte Betriebsart der Röhre 15. Zur Zündung der Entladung dient" die Zündelektrode 27, welche an eine durch die Batterie 30 dargestellte Vorspannungsquelle über den Widerstand R_TG angeschlossen ist.- Zur Wiedergewinnung der Steuerfähigkeit dient das Sperrgitter' 21, welches ebenfalls an die Batterie 30 angeschlossen ist, aber über einen anderen Widerstand Rßa- Die Kathode 16 ist geendet,;; während¹ die Anode 19 Über einen Außenwiderstand an einer positiven Spannungsquelle liegt. Der KathQdenheizdraht ist natürlich in der üblichen., nicht mit dargestellten Weise an eine Heizistromquelle angeschlossen.

Die Größe der Widerstände R_Tq und R_B0 kann innerhalb weiter Grenzen verändert werden.. Jedoch bilden die Größen dieser Widerstände ein wichtiges Merkmal der Erfindung. Der Signalstrom wird zwischen der Zündelektrode und der Kathode am Widerstand R_TG zugeführt, der im wesentlichen ohmiseh sein kann, wie es normalerweise der Fall ist. Es wurde, gefunden, daß bei einer verhältnismäßig kleinen Fläche der Zündelektrode 27 dieser Widerstand bis -zu 10 Megohm betragen· kann, ohne daß eine Instabilität auftritt. Die üblichen Gas·- entladungsröhren sind demgegenüber bereits bei einem Widerstand von 0,5 Megohm instabil. Der Widerstand Rß_G kann ebenfalls im wesentlichen ohmiseh sein und wird vorzugsweise verhältnismäßig klein gewählt. Ein Widerstand von der Größenordnung von 1000 Ohm reicht im allgemeinen aus, um den .Sperrgitterstrom in ausreichendem Maße zu begrenzen.

Es wurde auch gefunden, daß die kleine Zündelektrodenfläche zu einer erheblichen Verkleinerung der Gitteremission führt, wenigstens im Vergleich zu der Gitteremission der bisher üblichen Röhren. Ältere Röhrentnodelle zeigen eine sehr erhebliche Gitteremission, wenn -der Anodenstrom über 75 mA ansteigt. Die Röhre 15 ist aber bei Strömen über 200 mA noch eines stabilen Betriebes fähig. Ferner

ist dieAnodea-Zündelektrodenr-Kapazität: so gering·, daß die Röhre auch bei hohen Frequenzen Ibetrieiben werden kann. Wenn die Kapazität nämlich hoch ist, überträgt sich die Anodenspannung· kapazitiv auf das· Gitter und ruft eine Zündung der Röhre selbst bei hoher negativer Giittervorspanmung hervor.

Wenn man« im Betrieb geeignete Spannungen der Kathode, dem Sperrgitter und der Anode zuführt, verhindert die negative Vorspannung der Zündelektrode ein Einsetzen des Entladungsstromes zwischen der Kathode und Anode. Der ankommende Signalstrom erzeugt, einen Spannungsabfall am Widerstand R_Tq, und die Röhre r5 zündet. Die Röhre ist dann, leitfähig und- behält

^X5 diesen Zustand 'bei, bis das Signal wieder verschwindet. Bekanntlich kann man durch eine Anodenspannungsaibsenkung die Entladung unterbrechen. Jedoch darf 'die Anodenspannung erst wieder gesteigert werden, nachdem das Sperrgitter seine Steuerfähigkeit zurückgewonnen hat. Während des Entladungs Vorgangs· umgibt sich jede der Elektroden mit einer sogenannten Hülle. Das Sperrgitter nimmt praktisch unmittelbar nach der Unterbrechung der Entladung wieder das Potential der Vorspannungsquellie an, da am Widerstand R_BG kein nennenswerter Spannungsabfall mehr besteht.

■ Die Hülle des Sperrgitter oder sein Feld! reicht durch die öffnung 28 hindurch, und zwar praktisch unmittelbar, nachdem das Sperrgitter auf sein Vox-Spannungspotential zurückgekehrt ist. Das Sperrgitter ist dann- im dear Lage, eine neue Zündung der Röhre zu' verhindern, selbst wenn ein zur Zündung an sich ausreichendes· Anodenpotential vorhanden sein sollte und sofern kein Signal von genügender Höhe an der Zündelektrode auftritt.

Es wurde gefunden, daß man das Sperrgitter nicht notwendig an dieselbe Vorspannungsquelle anzuschließen braucht wie die Zündelektrode. Es ist lediglich notwendig, daß das Sperrgitter an einer gegenüber der Anode genügend negativen Spannung liegt, um eine Entladung zwischen der Anode und der Kathode in Abwesenheit einer ausreichenden Zündspannung an der Zündelektrode zu verhindern. Hierdurch wird ein weiter Zündbereich

4-5 sichergestellt, so daß die Röhre, unter weitgehend verschiedenen Betriebsbedingungen 'benutzt werden kann.

Eine weitere Ausführungsform einer Röhre gemäß der Erfindung ist in Fig. 4 und 5 dargestellt.

'Diese Röhre 31 besitzt einen Aufbau von ganz ähnlicher Art wie die Röhre 15. Jedoch- ist die Zündelektrode 32 in einer Ebene, welche senkrecht zur Ebene des Sperrgitters. 21 verläuft, gelegen und reicht durch die öffnung 33 in der Anode 34 hindurch und in den Spalt des· Sperrgitters 28 hinein. Die Zündelektrode 32 wird von zwei Halteelementen; 35 getragen, von denen eines in Fig. 4 sichtbar ist. Mittels Glasküg'elchen 36 und Verbindungsstäben· 37 ist die Zündelektrode 32 an den Halteelementen 35 isoliert befestigt. Die Halteelemente 35 sind ihrerseits an Flanschen der Anode 34 angebracht. Die Zündelektrode ist über die Leitung 38 herausgeführt. Diese Bauart hat den besonderen Vorteil einer .sogar noch kleineren Gitteremission verglichen mit den !bisher beschriebenen Äusfüfarungs'bei'spileleny und· zwar wegen der verkleinerten. Fläche der Zündelektrode.

Die Anoden-Zündelektroden-Kapazität der Röhre 31 kann durch eine Abschirmung, welche die der Anode gegenüberliegende Zündelektrode umgibt, verkleinert werden. Wie am besten aus Fig. 6 zu ersehen, kann diese-Abschirmung aus einer zylindrischen Hülse 39 bestehen, die gegen die Zündelektrode sowie gegen· die Anode isoliert ist und eine Zuführungsleitung 40 (Fig. 7) besitzt, über welche an die Abschirmung eine beliebige Spannung, beispielsweise Erdpotential, gelegt werden kann.

Die Röhre 31 wird in der Schaltung nach Fig. 7 betrieben·. Diese Schaltung stimmt in der Anordnung.und Betriebsweise im großen' und ganzen mit derjenigen nach Fig. 3 überein. Jedoch ist der Widerstand i?_BG hler .fortgelassen, und die Abschirmung 39 ist an Kathoden- oder Erdpotential angeschlossen. Der Widerstand! R^q kann eine nennenswerte Größe annehmen, ohne eine Instabilität herbeizuführen. Der veränderliche Widerstand R_v dient zur Strombegrenzung für das Sperrgitter während¹ des Entladungsvorgangs. ■

In der Ausführungsform nach Fig. 8 wird¹ das Zündgitter 41 durch zwei kleinflächige Elektroden gebildet, welche elektrisch miteinander verbunden sind. Diese Bauart ist im übrigen mit der Röhre nach Fig. r in. Übereinstimmung, 'besitzt aber eine höhere Empfindlichkeit. Dies ist vermutlich darauf zurückzuführen, daß die wirksame Öffnung¹ der Zündelektrode hier in dem Zwischenraum zwischen dteni beiden Drähten 41 zu sehen ist.

Außer für die beschriebenen Ausführungsformen, die· im allgemeinen' als Röhren mit negativer Kennlinie bezeichnet werden, ist die Erfindung auch auf Röhren 'mit positiver Kennlinie anwendbar.- -

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Gittergesteuerte Gasentladungsröhre mit Glühkathode und einer Füllung mit einem ionisierbaren Medium, die ein die Röhrenkathode umschließendes¹ Sperrgitter sowie eine ■außierhialib dies. Sperrgiiitters liegende Anode, besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrgitter Zyliindergestalt besitzt, koaxial· zur Kathode-angeordnet ist und daß in der Zylinderwand ein in der Richtung der Zylinderachse verlaufender Spalt angebracht ist, durch den 'hindurch die Entladung zwischen· der Anode und der Kathode übergeht und in dem sich eine Zündelektrode befindet.

2. Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, . daß das Sperrgitter über einen niedrigen Widerstand und die Zündelektrode über einen hohen Widerstand miit der Kathode verbunden ist.

3· Röhre nach Anspruch ι oder 2, diadurch gekennzeichnet, daß die Zündelektrode eine im Vergleich zur Fläche des Sperrgitters verschwindend Meine Fläche besitzt.

4. Röhre nach Anspruch i, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, diaß diie Zündelektrode eine langgestreckte Foirrn besitzt und parallel zur Kathode angeordnet ist.

5. Röhre nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die· Anode einen sich mit dem Spalt im Sperrgitter deckenden* Spalt besitzt und daß die Zündelektrode durch den Anoderaspalt in den Sperrgitterspalt hineinreicht.

6. Röhre nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine von der Anode und der Zündelektrode isolierte Abschirmelektrode durch den Anodenspaltt hindurchragt und die Zündelektrode teilweise umschließt.

7. Röhre nach einem der vorstehenden: Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündelektrode aus mehreren dm Vergleich zur Fläche des Sperrgitters kleinflächigen Teilen besteht.

Angezogene Druckschriften:
»Der elektrische Strom im Hochvakuum und in Gasen« von Dosse-Mierdel, 2. Auflage, S. Bürzel, Leipzig, 1945, S. 296, 297.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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