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Elektronische Schalteinrichtung mit einer Mehrstrecken-Kaltkathoden-Gasentladungsröhre
Die Erfindung befaßt .sich mit elektronischen Schalteinrichtungen mit gasgefüllten
Me-hrstrecken-Kakkathoden-Entladungsröihren, die entsprechend dem Patent 911 874
ausgebildet sind.
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Diese Entladungsröhren sind gemäß dem Merkmal des. Hauptpatents dadurch
gekennzeichnet, da.ß die Elektroden getrennte Entladungsstrecken bilden., die so
angeordnet sind, daß .aufeinanderfolgende Entladungsstrecken der Reihe nach derart
gezündet werden, .daß jeder nachfolgende Impuls nur eine vorher nichtgezündete Entladuingsstrecke
zündet. Es sind Versuche angeste Ilt würden, eine elektronische Schalteinrichtung
mit derartig aus;gebädetengasgefüllten Kaltkathodenröhren. aufzubauen, die für die
Zählung elektrischer Impulse :sehr hoher Frequenz :geeignet sind. Im .allgemeinen
werden fü:r Zählzwecke Röhren verwendet, die zusätzlich zu den. Kathoden sogenannte
Übergangselektroden oder auch -besonders geformte Kathoden ,aufweisen, die bewirken,
daß die Schaltung nur in einer Richtung fortschreitet. Diese Röhren. bereits vorgeschlagener
Ausführung sind jedoch für eine sehr schnelle Arbeitstätigkeit nichtgeeignet, weil
die zur Ausbreitung
einer Glimmentladung an einer Richtkathode
@bzw.- zum Aufbau einer Entladung und zur Zündung,der Übergangselektroden notwendige
Zeit verhältnismäßig .lang ist. Weiterhin erweist sich die kritische Natur des Abstandes
zwischen den Kathoden bei diesen Röhren als! Nachteil.
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Demgegenüber sieht die Erfindung eine elektronische Schalteinrichtung
vor, bei der die Vorerwähnten Nachteile vermieden sind. In, dieser Schalteinrichtung
sind sowohl die Energiebeträge als auch die notwendigen Zeiten außerordentlich klein,
so daß sie für eine schnelle Schalttätigkeit geeignet ist.
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Erfin;d@unigsg!emäß wird eine elektronische Schalteinrichtung mit
einer Kaltkathoden-Gasentladungsröhre verwendet, die gemäß einem Merkmal des Hauptpatents
in: ihrer Umhüllung eine Anode und eine Mehrzahl von Kathoden .aufweist, die untereinander
und gegenüber der Anode einen bestimmten Abstand aufweisen, derart, -daß eine- Anzahl
von Anoden - Kathoden - Entladungsstrecken, gebildet wird. Sie ist gekennzeichnet
durch eine Anzahl von Vorspannungssteuersch:al.tungen, von denen jede mit einer
Kathode verbunden .ist und durch deren Einwirkung von Elektrode zu Elektrode entsprechend
der Reihenfolge der Zündung eine Vorspannung angelegt wird.
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Zwischen derartigen Vo,rspaunungssteuerschaltungenbefinden ,sichgerichtete
Kopplungen (Gleichrichter). Der Strom erzeugt, wenn irgendeine Anoden-Kathoden:-Strecke
leitend wird, über diese gerichtetem Kopplungen eine Vorspannung, wodurch auch die
anderen Anoden-Kathoden-Strecken stufenweise und :schrittweise vorgespannt werden.
Wird die nächste Auslösespannung zugeführt, so wird die am, :geeignetsten vorgespannte
Strecke gezündet werden.
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Diese und andere Merkmale und Gegenstände der Erfindung sowie die
Art des Aufbaues werden im folgenden unter Verwendung der beispielsweise Ausführungen
darstellenden Zeichnungen näher beschrieben werden.
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In: Fig. i ist eine schematische Ansicht einer Glimmentladungsiröhre
und der zugehörigen Schaltung entsprechend der Erfindung Jargestellt, während die
Fig. 2, 3 und 4 schematische Ansichten ariderer Auusführungs:bei.spiele der Erfindung
zeigen.
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Die Mehrstrecken-Kaltkathoden-Gasentladung s, röhre i (Fig. i) besteht
:aus einer Umhüllung 2 mit einer Gasatmosphäre, einer Anode 3, einer Mehrzahl von,
Kathoden 4 bis, 8 und einer Plattenelektrode 9. Die Strecke beispielsweise zwischen
Anode 3 und Kathode 4 wird -im folgenden als Strecke 3-4 bezeichnet und die Strecken
zwischen den anderen Kathoden und der Anode im entsprechender Weise. Die Plattenelektrode
g ist mit einer Spannungsquelle io verbunden, um eine positive Vorspannung
in. die Nähe .der Kathoden zu bringen, wodurch die wirks-amen Kathodenflächen begrenzt
werden. Die Enden der Kathoden können beliebig geformt sein. Bei Verwendung der
Platte 9 könnendieKatho@deneinfachstiftförrnig ausgebildet sein. An .der Artode
3 liegt ein Widerstand i i, über welchen von einer Spannungsquelle 13 ein
im, wesentlichen ,gleichbleibendes positives Potential an die Anode angelegt wird.
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Den Kathoden 4 bis 8 ist ein Vorspannungsis:teuersystem zugeordnet
mit einer Anzahl von Steuerschalturigen., die .miteinander durch Gleichrichter 14
.bis i8 verbunden sind. Jede Vorspannungssteuerschaltung weist zwei Widerstände
auf, die in Serie geschaltet sind und :an den Kathoden liegen. Dieser Widerstände
sind mitt i9 bis, 23 bzw. 24 bis 28 bezeichnet. Parallel zu. der Reihenschaltung
:der
Widersitänide liegt jeweils einer der Kondensatoren 29 bis 33. Die Steuerschaltungen
sind Tiber einen gemeinsamen Widerstand 34 mit Erde verbunden.
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In jeder Röhre dieses allgemeinen Typs ist .die Gleichförmigkeit der
Charakteristiken :der Anoden-Kathoden-Strecken wesentlich. Das biedeutet, daß die
Kathodenfläche.innerhabb relativ enger Grenzen definiert sein muß. Das wird erreicht
durch, An.-bringung der Platte 9, die neben den Emden der Kathoden liegt. Die Vorspannung.der
Platte 9 ist vorzugsweise etwas positiver als die der Anode 3.
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Zur Erläuterung .der Arbeitsweise der Erfindung sei .angenommen, daß
die Anodenzuführun!gs,spannung. i3, die :anfänglich angelegt wird, hinreichend ist,
um eine der Anoden-Kathen.-Strecken zu zünden. Wenn eine der Strecken, ei,spielsweise
3-6, zu leiten :beginnt, fällt die Spannung an der Anode 3 infolge des Anodenbelastungswiderstandes
io auf einen Wert, der etwas über der Brennspannung liegt. Auf diese Weise wird
die Entladung an der zuerst gezündeten Strecke -aufrechterhalten.. Durch Einwirkung
der Widerstände 2,1 und 26 in der zugehörigen Steuersichaltung nimmt weiterhin.
die leiten :de Kathode 6 eine positive Spannung gegenüber dem .gemeinsamen Punkt
.an der Erdseite der Kathodenschaltung @an. Diese positive Vorspannung wird teilweise
über .den Gleichrichter 16 der nächsten Kathode 5 an der linken Seite zugeführt.
Diese Spannung wird wiederum, geteilt, so,daß eine noch geringere Spannung über
den Gleichrichter 15 der Kathode 4 zugeführt wird. Das setzt sich rundherum fort,
wobei sich an den Kathoden 5, 4, 8 und: 7 eine Stufung von Spannungen T15, T14,
T18 und T17 ,ausbildet. Diese Stufung .ist absteigend in einer Richtung, die der
Richtung, in welcher die Röhre zünden wird, entgegengesetzt ist. Die Spannurigen
sind derart ausgebildet, daß V6> V5> V4> V8> V7 ist. Aus Symmetriegründen
-sind alle Kathodenwiderstände gleich. Wenn an einer Strecke, beispielsweise an
der Strecke 3-6, eine Glimmentladung besteht, so .sind die relativen Werte der die
,den anderen Kathoden zugeführt werden, eine Funktion des Verhältnisses der entsprechenden
Widerstände, wie z. B. des Widerstandes, 2-i zu Widerstand 26 bei der Kathode 6.
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Hierdurch wird bewirkt, daß :der . Spannungsabfall gemäß dem Beispiel
über .die Strecke 3-7 :am größten ist. Da weiterhin .die Kathode 7 näher an der
sich entladenden Kathode 6 .liegt, wird sie günstiger
vorbereitet
als die Kathode B. Bei Eintreffen: eines positiven Eingangsimpulses, der der Schaltung
über .den Kondensator 35 zugeführt wird, oder eines negativen Eingangsimpulses,
der der Schaltung über den Kondensator 36 zugeführt wird, wird die Spannung über
den Strecken reduziert, so daß eine Löschung der Strecke 3-6 erfolgt. Wenn der Eingangsimpuls
kurz ist gegenüber der Entladungszeit der Steuerschaltungen, zündet die benachbarte
Kathode 7 infolge Verzögerung,des Eingangsimpulses. Es kann nur diese eine Kathode
7 zünden, weil ihre Zündspannung mehr reduziert ist als die der Strecke 3-8 infolge
der Einlei@tungs.-wirkung der benachbarten Entladung über die Strecke 3-6. Die Strecke
3-8, die von der Strecke 3-6 weiter entfernt ist, wird nicht in dem Maße vorbereitet,
so @daß sie nicht zündet, wenn die Strecke 3-7 zündet. Nach Zündung der Strecke
3-7 nehmen die Streckenspannungen folgende Beziehung ein: v7 > v6
> v5 i V4 > v8. Bei Empfang,desnäch,s:ten-Eingangs.i:mpul,se,s wi,ederholt
sich dieser Vorgang, d. h. die Strecke 3-7 -erlischt, und die Strecke 3-8 wird gezündet.
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Da die Kathode. praktisch kreisförmig oder in einer endlosen Kette
angeordnet ist, liegt die Strecke 3-4 neben der Strecke 3-8 und wird bei Zuführung
des nächsten Impulses in der vorher beschriebenen Weise gezündet. Der Ausgang kann
entweder von dem Anodenwiderstand ii oder dem Kathodenwiderstand 34 erhalten werden,
je nach der gewünschten Zuführung von Eingangsimpulsen.
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Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 2 gezeigt,
in welcher alle Streckenspannungen unterschiedlich sind. Der Zusatz .der Widerstände
37 bis 4i, -die jeweils. parallel zu den: Serienwiderständen jeder Steuerschaltung
liegen, bewirkt die Ausbildung einer Stufung von Spannungen, die über den gesamten
Weg entlang der Reihe .der Kathoden absteigt. Zündet beispielsweise die Strecke
3"-6", so sind die Kathodenvorspannungen in folgender Weise ausgebildet: V6a>V5a>V4a>V8a>V7a
an Stelle :der Stufung, die ,sich bei der Anordnung nach, Fig. i ausbildet. So ist
beispielsweise die Vors:pannung V., an der Kathode 5"
wenn R.. den Wert des Widerstandes 38 und R26 den Wert des, Widerstandes 20a bedeuten.
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T15, ist kleiner als, Eins.
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Auf diese Weise ist die Vorspannung T15, an der Kathode 5" gleich
der Spannung T16a an der Kathode 6" multipliziert mit .dem obigen Bruch, so daß
also T16 a > I15 a ist.
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In Fig.3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung @dargestellt.
Eine gas:gefül;lte Kaltkathoden-Entladungsröhre mit einer Umhüllung 43, einer Anode
44 und den Kathoden 45 bis, 54 ist mit 42 bezeichnet. Von der Spannungsquelle 57
wird eine positive Spannung über einen Widerstand 55 an die Anode 44 :gelegt. Auß,erha,lb,
der Umhüllung, 43 und zugeordnet den Kathoden 45 bis 54 ist eine Anzahl von: Vorspann:ungssteuerkrei,sen
mit Gleichrichtern 58 .bis 67 und Reihenwiderständen 68 bis 77 hzw. 78 bis 87, sowie
Widerständen 88 bis 97, die parallel mit diesen Reihenwiderständen 68 bis 87 liegen,
vorgesehen. Diese Steuerkreise liegen über einem gemeinsamen Widerstand an Erde.
Mit Hilfe der Gle chrichter 58 his 67 sind die Steuerkreise in einer bestimmten
Beziehung direkt .miteinander verbunden. Die Kathoden 45 ,bis 54 sind. mit den Steuerkreisen
in einer bestimmten S,taffe:lun:g,derart verbunden, daß, wenn beispielsweise die
Strecke 4q.-5.1 zündet, an der Kathode 54 eine Spannung T154 auftritt und zwischen
den Spannungen, die sich an den anderen Kathoden ausbilden, folgende Beziehung besteht:
Infolge der Ionisationskopplu g kommen nur die Kathoden 53, 45, 52 und 46, die der
Kathode 54 bei normaler kreisförmiger Anordnung der Kathoden am nächsten liegen,
für die nächste Zündung in Frage. Die Verteilung der Vorspannungen zwischen diesen
Kathoden ist derart, daß v54 > V45 > V52 > V46 > V53 ist. Da die Kathode 53 die
geringste Vorspannung und aus diesem Grunde ihre Strecke die größte Potentialdifferenz
aufweist, wird sie .als nächste zünden.. Bei der Verwendungdieser Anordnung mit
gestaffelten Verbindungen wird bei benachbarten Kathoden eine höhere Potentialdifferenz
erzielt, als wenn die Verbindungen progressiv erfolgen würden.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist schließlich in
Fi:g. 4 gezeigt, in welcher die Steuerkreise Widerstände 98 bis io2 aufweisen, die
die Kathoden.in einer bestimmten Staffelung über einen gemeinsamen Widerstand 103
mit Erde verbinden. Die Steuerkreise weisen ferner iog bis 113 auf, die jeweils
in Serie mit Kopplungsgleichrichtern 104 bis io8,die Kathodenverbindu-ngen der Widerstände
98 bis io2 miteinander herstellen. Wenn beispielsweise die Kathode i i4 gezündet
ist, so wird die Spannungsverteilung an den anderen Kathoden folgende sein: v114
> V116 > V118 > V115 > V117' Die Kathode i 14 .ist der Kathode i 15 und der
Kathode i18 benachbart, wenn die Kathoden kreisförmig angeordnet sind. Die Kathode
115 wird als nächste zünden, und es besteht leine Wahrscheinlichkeit, daß irgendeine
andere Kathode zündet infolge der großen Differenz der Verspannungen und der weiter
fortgeschrittenen Vorbereitung der benachbar,ten Kathoden.
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Während die Kathoden gemäß den Darstellungen in Fig. 2, 3 und 4 nicht
mit flachen Begrenzungselektroden, wie die Elektrode 9 in Fig. i, versehen
sind,
müssen derartige Elektroden vorgesehen sein:, wenn,die Geschwindigkeit der Schalttätigkeit
wichtig ist.