DE962101C - Gasentladungsroehre mit einem ionisierbaren Medium und mindestens drei Elektroden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Entladungsröhre mit einem ionisierbaren Medium und wenigstens drei Elektroden, nämlich einer Glühkathode und zwei Anoden, wobei die erste der beiden Anoden so angeordnet ist, daß zwischen ihr und der Kathode ein mit einer Ionisierung verbundener Entladungsübergang bei Spannungen oberhalb der Ionisierungsspannung des Mediums stattfindet und wobei weiterhin auf einem kleinen Teil des Weges dieses Entladungsüberganges der Querschnitt auf einen kleinen Bruchteil des Entladungsquerschnittes auf dem Rest des Stromübergangsweges eingeengt wird.

Die Erfindung bezieht sich auf Gasentladungsröhren, in denen die Ionisierung des gasförmigen Mediums getrennt von dem Laststromweg durch die Röhre erfolgt. Bei den bekannten Anordnungen erforderte die Trennung der ionisierenden Entladung von dem Stromweg des Laststroms eine Mehrzahl von Glühkathoden. Wenigstens eine dieser Glühkathoden wurde zur Lieferung von Elektronen zur Ionisierung ao

des gasförmigen Mediums benutzt, während eine weitere Glühkathode die Elektronen für den Laststrom lieferte. Dies bedingte jedoch sowohl eine Erhöhung der Röhrenkosten als auch der Kosten für die zugehörigen Schaltungen.

Es ist bereits bekannt, eine plattenförmige Anode (Hauptanode) und eine Kathode einander gegenüberliegend innerhalb einer diese beiden Elektroden umhüllenden zylindrischen Schirmelektrode anzuordnen.

ίο In der Wand dieser Schirmelektrode befindet sich eine Öffnung, durch die hindurch ein Entladungsübergang von der Kathode zu einer Hilfsanode, die der ersten der beiden eingangs genannten Anoden entspricht, übergehen kann. Durch diese Öffnung wird

der Querschnitt dieses Entladungsüberganges auf einem kleinen Teil dieses Stromweges auf einen Bruchteil des Querschnitts auf dem Rest des Stromweges eingeengt.
Ein Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer

ao Gasentladungsröhre, in welcher große Ströme zu einer Elektrode von nur kleiner Spannung fließen können.

Ferner soll bei der erfindungsgemäßen Röhre eine

starke Ionisierung je Einheit des Hilfsentladungsstroms hervorgerufen werden.

»5 Gemäß der Erfindung umhüllt die zweite Anode die einzige Kathode teilweise, und sie besitzt einen kleineren Abstand von ihr als die erste Anode, so daß zwischen der Kathode und der zweiten Anode schon bei Spannungen unterhalb der Ionisierungsspannung eine Entladung übergehen kann.

Fig. ι zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Gasentladungsröhre;

Fig. 2 zeigt den Längsschnitt durch diese Röhre in der Schnittebene 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 ist ein Schaltbild zum Betrieb von Röhren nach Fig. 1 und 2;

Fig. 4 ist ein insbesondere für Gleichrichtungszwecke geeignetes Schaltbild;

Fig. 5 stellt einen Querschnitt durch eine Röhre ge-

maß einer anderen Ausführungsform der Erfindung dar und

Fig. 6 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform.

In Fig. ι und 2 besteht die Gasentladungsröhre 10 aus einem Vakuumkolben 11 mit einem Preßfuß 12 für die Zuführungsleitungen. Das Elektrodensystem ist auf den Zuführungsleitungen befestigt. Zwischen einer oberen und einer unteren Isolierscheibe 13 und 14 liegen eine Glühkathode 15, eine mit einer Öffnung versehene Elektrode 16 und eine Hilfselektrode 18. Die Glühkathode 15 kann in bekannter Weise aus einem mit Oxyd überzogenen Röhrchen und einem innerhalb desselben befindlichen induktionsfreien Heizelement bestehen, dessen Leitungen 19 an die Einführungsdrähte 20. und 21 angeschlossen sind. Das Kathodenröhrchen 15 selbst ist mit dem Einführungsdraht 22 verbunden. Das obere Ende der Kathode 15 ist umgebördelt, um eine Befestigung zwischen den Scheiben 13 und 14 zu erreichen.

Die Kathode 15 ist von einer Elektrode 16 mit einer Öffnung 17 umgeben. Diese Elektrode ist mittels der Tragdrähte 23 ebenfalls zwischen den Scheiben 13 und 14 befestigt und mittels eines Drahtes 24 mit einer Einführungsstelle verbunden. Die Öffnung 17 ist schlitzförmig und liegt einer Elektrode 18 gegenüber, die ihrerseits ebenfalls zwischen den Scheiben 13 und 14 befestigt und über einen Trägerdraht 25 erregt werden kann.

Eine solche Gasentladungsröhre wird in der üblichen Weise hergestellt. Nach der Evakuierung und Getterung wird ein geeignetes ionisierbares Medium eingefüllt. Man kann dabei ein bekanntes, für Gasentladungsröhren übliches gasförmiges oder verdampfbares Medium verwenden, vorzugsweise jedoch ein Edelgas, und zwar insbesondere Helium oder Argon. Der absolute Gasdruck kann zwischen etwa 100 Mikron und einigen Millimetern Quecksilber betragen. Die Röhre nach Fig. 1 und 2 wurde mit Helium von 750 Mikron gefüllt.

In der Schaltung nach Fig. 3 für eine solche Röhre liegt zwischen der Glühkathode 15 und der Elektrode 16 eine Belastung 27 und eine Spannungsquelle 28. Mit der Kathode 15 ist ferner ein Widerstand 30, eine Spannungsquelle 31 und eine Eingangsklemme 33 verbunden, während die andere Eingangs- klemme mit der Hilfselektrode 18 verbunden ist. Zum ordnungsgemäßen Betrieb der Röhre wird zwischen der Kathode 15 und der als Hilfsanode arbeitenden Elektrode 18 eine Hilfsentladung aufrechterhalten. Zu diesem Zweck muß die Potentialdifferenz zwischen go der Kathode 15 und der Hilfsanode 18 größer als die Ionisierungsspannung der Gasfüllung sein. Beim Übergang der Hilfsentladung rufen die von der Kathode 15 ausgehenden Elektronen ein Plasma zwischen dem Spalt 17 und der Hilfsanode 18 hervor. Die in diesem Plasma gebildeten positiven Ionen wandern in den Innenraum der Elektrode 16 zurück, so daß auch dort ein Plasma vorhanden ist.

Bei Vorhandensein eines solchen Plasmas im Inneren der Elektrode 16 genügt schon eine verhältnismäßig kleine Spannung der Spannungsquelle 28, nämlich eine Spannung von etwa 1 oder 2 Volt, zur Erzeugung eines sehr großen Stromes in der Belastung 27. Bei einer Spannung zwischen 16 und 15 von weniger als 2 Volt konnten bereits Ströme von über 100 Muliampere beobachtet werden.

Die in Fig. 3 dargestellte Gasentladungsröhre läßt sich durch ein den Klemmen 33 zugeführtes Signal modulieren, welches seinerseits den Hüfsentladungsstrom verändert, der wieder die Plasmadichte und dadurch den Laststrom beeinflußt.

In Fig. 4 ist eine andere Ausführungsform der Schaltung dargestellt, die sich insbesondere für Gleichrichtungszwecke eignet. Dabei ist die Röhre 10 mit ihrer Glühkathode 15 über eine Spannungsquelle 34 und einen Widerstand 35 mit der Hilfsanode 18 verbunden. Die Spannung in diesem Kreise ist höher als die Ionisierungsspannung der Gasfüllung, so daß wieder ein Plasma gebildet wird. Zwischen der Kathode 15 und der Elektrode 16 liegen eine Be- iao lastung 36 und die Eingangsklemmen 37. Von der Kathode 15 geht eine Entladung zur Elektrode 16 über, solange diese durch die Signalspannung positiv gegenüber der Kathode 15 ist. Der Lastwiderstand 36 kann auch durch eine übliche Filterschaltung ergänzt werden.

Die in Fig. 5 im Querschnitt dargestellte Ausführungsform enthält eine Kathode 40 innerhalb einer U-förmigen Steuerelektrode 41 und einer ebenfalls U-förrnigen Hauptanode 42. An der offenen Seite der Steuerelektrode 41 bzw. der Hauptanode 42 befindet sich eine den Entladungsquerschnitt einengende Elektrode 43 und hinter deren Öffnung 44 eine Hilfsanode 45. Alle diese Elektroden sind mittels Tragdrähten 47 an einer Isolierscheibe 46 befestigt. Die Elektrode 43 kann unangeschlossen bleiben oder mit der Kathode 40 oder gegebenenfalls auch mit der Steuerelektrode 41 verbunden werden.

Zwischen die Kathode 40 und die Hilfsanode 45 wird eine Spannung, die größer ist als die Ionisierungsspannung des Füllgases, gelegt. Hierdurch tritt eine ionisierende Entladung zwischen der Kathode 40 und der Hilfsanode 45 auf. Der Entladungsquerschnitt wird dabei mittels der Elektrode 43 eingeengt, so daß innerhalb der Öffnung 44 und in deren Nähe eine große Plasmadichte auftritt. Aus diesem Plasma diffundieren die Ionen in den Raum zwischen der Kathode 40 und der Hauptanode 42 zurück, so daß also auch für den Übergang des Laststromes ein Plasma gebildet wird.

Zwischen die Kathode 40 und die Anode 42 wird eine Potentialdifferenz gelegt, die kleiner ist als die Ionisierungsspannung des Mediums, und es können dann vermöge des erwähnten Plasmas schon bei kleinen Spannungen zur Hauptanode 42 große Ströme fließen. Wenn der Elektronenfluß zur Anode 42 moduliert werden soll, so kann an das Steuergitter 41 eine Modulationsspannung angelegt werden. Diese Modulationsspannung bewirkt eine kontinuierliche Steue- ; rung des Elektronenübergangs. :

In Fig. 6 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei [ der eine Glühkathodeso innerhalb einer U-förmigen ; Steuerelektrode 51 und einer ebenfalls U-förmigen Hauptanode 52 liegt. Der offenen Seite der Steuer- . elektrode 51 bzw. der Hauptanode 52 gegenüber be- , findet sich eine Elektrode 53, an der ein Ansatz 53' in der Richtung auf die Glühkathode 50 hin angebracht ist. Dieser Ansatz soll mit Öffnungen versehen oder mit einem Drahtnetz überspannt sein. Die Öffnung 54 in der Elektrode 53 liegt einer Hilfsanode55 gegenüber. Alle Elektroden sind wieder in üblicher Weise mittels Tragdrähten 57 an einer Isolierscheibe 56 befestigt.

Beim Betrieb einer Röhre nach Fig. 6 liegt zwischen der Kathode 50 und der Hilfsanode 55 eine Potentialdifferenz, die größer ist als die Ionisierungsspannung des Mediums. Zwischen den erwähnten Elektroden findet also eine Ionisierung statt. Dabei entstehen zahlreiche positive Ionen in dem Raum zwischen der Kathode 50 und der Hilfsanode 55, d. h. innerhalb des engen kanalförmigen Ansatzes 53'. Ein großer Teil dieser positiven Ionen diffundiert in den Hauptstromweg hinein, so daß dort ein Plasma großer Dichte entsteht. Die Elektrode 53 kann mit der Kathode 50 verbunden werden oder auch unangeschlossen bleiben.

Zwischen die Kathode 50 und die Hauptanode 52 wird eine Spannung unterhalb der Ionisierungsspannung des Mediums gelegt, und es tritt dabei ein erheblicher Strom zur Anode 52 über. Durch die Steuerelektrode 51 kann dieser Strom moduliert werden, ebenso wie bei der Röhre nach Fig. 5. Wegen der Öffnungen im Kanal 53' tritt je Einheit des Hilfsentladungsstrom.es eine hohe Ionisierung zwischen der Kathode 50 und der Anode 52 auf.

Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Entladungsröhre mit einem ionisierbaren Medium und wenigstens drei Elektroden, nämlich einer Glühkathode und zwei Anoden, wobei die erste der beiden Anoden so angeordnet ist, daß zwischen ihr und der Kathode ein mit einer Ionisierung verbundener Entladungsübergang bei Spannungen oberhalb der Ionisierungsspannung des Mediums stattfindet und wobei weiterhin auf einem kleinen Teil des Weges dieses Entladungsüberganges der Querschnitt auf einen kleinen Bruchteil des Entladungsquerschnittes auf dem Rest des Stromübergangsweges eingeengt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Anode (16) die einzige Kathode (15) teilweise umhüllt und einen kleineren Abstand von ihr besitzt als die erste Anode (18), so daß zwischen der Kathode und der zweiten Anode schon bei Spannungen unterhalb der Ionisierungsspannung eine Entladung übergehen kann.

2. Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Anode die Kathode umschließt und einen Spalt enthält, welcher den Querschnitt der zur ersten Anode übergehenden ionisierenden Entladung einengt.

3. Röhre nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine vierte Elektrode zwischen der Kathode und der ersten Anode, in welcher sich eine Öffnung zur Querschnittseinengung des mit Ionisierung verbundenen Entladungsübergangs befindet.

4. Röhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vierte Elektrode mit der Kathode verbunden ist oder unangeschlossen bleibt.

5. Röhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vierte Elektrode mit einem kanalförmigen, mit Öffnungen versehenen und der Kathode zugewendeten Ansatz versehen ist.

6. Röhre nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Anode U-förmig ist und daß ihr offenes Ende der ersten Anode zugewendet ist.

7. Röhre nach einem der vorstehenden Anspräche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Steuergitter zwischen der Kathode und der zweiten Anode zur Steuerung des Hauptstromes angeordnet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 829 192, 726463;
USA.-Patentschrift Nr. 2 611 884;
Zeitschrift »Electronics«, Mai, 1951, S. 107 bis 109.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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