DE971671C - Elektronischer Verteiler, insbesondere fuer Zaehlzwecke - Google Patents

Description

Paris

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Die Erfindung bezieht sich auf die räumliche Verteilung von nacheinander eintreffenden elektrischen Impulsen und insbesondere auf die Zählung von mit großer Geschwindigkeit aufeinanderfolgenden Impulsen.

Es ist bekannt, Impulse mittels Multivibratoren zu zählen. Diese Multivibratoren sind jedoch ziemlich kompliziert und benötigen eine große Anzahl Röhren mit zahllosen Verbindungen; darüber hinaus zählen sie im allgemeinen auf binärer Basis und benötigen zusätzliche Vorrichtungen, um die Aufzeichnung in ein gebräuchlicheres Zählsystem, wie das Dezimalsystem, zu übertragen. Diese zusätzlichen Vorrichtungen und ihre Schaltungen komplizieren den Zählvorgang noch mehr und bewirken darüber hinaus Verzögerungen und demzufolge eine Verringerung der Zählgeschwindigkeit.

Es ist auch bekannt, Kollektor- oder Verteilervorrichtungen in Form von Kathodenstrahlröhren zu verwenden, die eine gewisse Anzahl Auffang- ao elektroden aufweisen, welche im allgemeinen in einem Kreis angeordnet sind, und die nacheinander von dem Elektronenstrahl überstrichen werden, dessen Ablenkbewegung von einem rotierenden Ablenkfeld gesteuert wird. Die zu verteilenden Impulse können z. B. dem Elektronenstrahl durch Modulation desselben aufgedrückt werden und auf den Auffangelektroden gesammelt werden, oder die Impulse können umgekehrt direkt an die Auffangelektroden angelegt werden und dann durch den Elektronenstrahl verteilt werden, indem sie in den Anodenspeisekreis eingeführt werden. Bei diesen Vorrichtungen rotiert das Ablenkfeld mit einer konstanten Geschwindigkeit unabhängig von

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den eintreffenden Impulsen, und diese können deshalb nicht für Zählzwecke verwendet werden, besonders, wenn die Impulse unregelmäßig eintreffen, was im allgemeinen der Fall ist. Um andererseits die Konstruktion und die Schaltung zu vereinfachen, erscheint es vorteilhaft, solch eine Röhre auch für Zählzwecke zu verwenden, aber es ist zu diesem Zweck notwendig, erst dafür zu sorgen, daß die Veränderung der Elektronenstrahllage von

ίο einer Auffangelektrode zu einer anderen durch die ankommenden Impulse selbst' gesteuert wird, unabhängig davon, in welchem Zeitpunkt die Impulse eintreffen, und daß dann der Strahl in irgendeiner neuen Lage zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen oder am Ende der Zählperiode stehenbleibt. Weiterhin ist es notwendig, daß die Vorrichtung in irgendeinem Zeitpunkt eine Anzeige der Gesamtzahl der aufgezeichneten Impulse angibt.

Die Erfindung hat eine Impulszählvorrichtung mittels einer Kathodenstrahlröhre vereinfachten Aufbaues und kleiner Größe zum Ziel, die in zuverlässiger Weise arbeitet. Die Anordnung kann als Schrittschalterverteiler verwendet werden, um beispielsweise aufeinanderfolgend Glimmentladungsindikatorlampen zum Zünden zu bringen, oder sie kann als ein Anrufwähler verwendet werden und geeignete Relais für Telefon- oder ähnliche Zwecke auslösen, wie es auch möglich ist, den Verteiler als Dekadenzähler, insbesondere bei Verwendung von mehreren Röhren als mehrstufigen Dekadenzähler zu verwenden. Durch Verwendung von nur einem der Auffangelektrodensätze ist es beispielsweise auch möglich, die Frequenz der ankommenden Signale zu teilen.

Der elektronische Verteiler mit einer Kathodenstrahlröhre nach der Erfindung besitzt in bekannter Weise Mittel für die Erzeugung eines Elektronenstrahles und für die Bündelung desselben längs einer vorbestimmten Achse, mehrere Auffangelektroden, die von dem Elektronenstrahl überstrichen werden, und Ablenkelektroden.

Die Vorteile, insbesondere für Zählzwecke, gegenüber den bekannten Ausführungsformen sind gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die Zahl der in verschiedenen transversalen Ebenen bezüglich dieser Achse verteilten Ablenkelektroden der Anzahl der Auffangelektroden gleich ist und daß jede der Ablenkelektroden mit je einer der Auffangelektroden verbunden ist, so daß sie die Ladungen annehmen, die durch das Auftreffen des Elektronenstrahles auf den zugehörigen Auffangelektroden auftreten und dadurch transversale Regulierablenkfelder erzeugen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

Fig. ι zeigt eine perspektivische Ansicht des Kathodenstrahlröhrenverteilers und seiner zugehörigen Schaltung;

Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht der Auffangelektrodenanordnung in dieser Röhre;

Fig. 3 zeigt eine Schaltung eines Zählsystems, welches zwei in Serie geschaltete Röhren aufweist; Fig. 4 ist eine schematische Ansicht der Auffangelektrodenanordnung eines Ausführungsbei-Spiels für eine Differentialzählung;

Fig. 5 ist eine detaillierte Ansicht, welche die Startauffangelektrodenanordnung zeigt;

Fig. 6 zeigt eine Abänderung der Auffangelektrodenanordnung von Fig. 4, welche für die Serienanordnung von Fig. 3 verwendbar ist;

Fig. 7 zeigt eine perspektivische Ansicht einer kompletten Zählröhre gemäß Fig. 1 und 2, und

Fig. 8 zeigt eine elektrische Schaltung mit den Arbeitswerten für solch eine Röhre.

In Fig. ι bedeutet 1 einen vakuumdichten Röhrenkolben, welcher ein Kathodensystem 2, eine Anode 19, einen Ablenksatz 4, bestehend aus einer Anzahl Platten, welche das elektrostatische Regelfeld erzeugen, ein zusätzliches Ablenksystem, bestehend aus zwei koaxialen zylindrischen Elektroden 5 und 5', welches das Kommutatorfeld erzeugt, und einen Satz Auffangelektroden, wie 6 und 10, aufweist, die am Leuchtschirm 7 anliegen oder nahe demselben innerhalb der Röhre angeordnet sind. Das erste Ablenksystem besteht aus mehreren Platten 8 und 9, deren Anzahl gleich der Anzahl der Auffangelektroden ist. Um die Zeichnung zu vereinfachen, sind nur zwei Platten gezeigt, die mit den Auffangelektroden 6 und 10 mittels der Leiter π und 12 verbunden sind. Der Elektronenstrahl ist mit 3 bezeichnet.

Die Auffangelektroden sind in regelmäßiger Weise um die Röhrenachse verteilt, die mit der Achse des Kathodensystems koinzidiert. Diese Elektroden sind bandförmig und symmetrisch angeordnet, wie deutlicher in Fig. 2 gezeigt ist. Diese Elektrodenbänder erstrecken sich gegen die Peripherie der Röhre in einer Richtung, welche derjenigen der Strahlbewegung entgegengesetzt 1°° ist, und zwar in solcher Weise, daß das äußere Ende jeder Auffangelektrode, wie z. B. 13 von der Elektrode 6, auf dem Radius 14 liegt, der das innere Ende 15 der vorhergehenden Auffangelektrode schneidet. Eine der Auffangelektroden, nämlieh 6 in Fig. 1, ist elektrisch mittels eines Streifens 16 mit einer mittleren Auffangelektrode 21 verbunden, die auf der Röhrenachse angeordnet ist.

Jede Auffangelektrode ist über einen besonderen Widerstand mit dem negativen Pol einer gemein- "» samen Vorspannungsquelle 18 verbunden, welche, wie später erläutert wird, notwendig ist, um das Arbeiten einer Röhre mit Sekundäremissionswirkung zu sichern. In der Zeichnung ist nur ein Widerstand 17, der mit der Platte 8, und ein Widerstand 1/, der mit der Platte 9 verbunden ist,· gezeigt. Der positive Pol der Spannungsquelle 18 ist mit der Anode 19· der Röhre verbunden, welche wie gewöhnlich geerdet ist. Einer dieser Ablenkauffangelektrodensätze, nämlich 6, 8, 9, 10 von Fig. i, ist mit dem Anschluß 20 für ein weiteres System verbunden, wie später in Verbindung mit Fig. 3 erklärt ist. Das Kathodensystem 2 besteht wie gewöhnlich aus einer Elektronen emittierenden eigentlichen Kathode und einem Steuerzylinder. Eine Anodenspannungsquelle E ist zwischen die

Heizung und Erde geschaltet. Einer der hohlen Zylinder 5 ist mit dem Anschluß I₁ verbunden, an welchen die ankommenden Impulse angelegt werden. Der andere Zylinder 5' ist mit der Anode verbunden, um sein Potential festzulegen, wie auch die konzentrisch leitende Schicht 24, die auf der Innenseite der Röhrenwand niedergeschlagen ist. Irgendein geeignetes leitendes Mittel / dient zur Festlegung des Potentials des Schirmes, welcher mittels eines Leiters mit der Anode verbunden ist.

Die Vorrichtung arbeitet in der folgenden Weise.

Normalerweise folgt der Elektronenstrahl der Röhrenachse und trifft auf die mittlere Elektrode 21 auf, die einen Teil der Auffangelektrode 6 bildet. Infolge der Vorspannungsbatterie 18 ist das Potential dieser Auffangelektrode negativ gegenüber dem der Anode, und diese Auffangelektrode emittiert demgemäß Sekundärelektronen und lädt sich dadurch etwas positiv auf. Diese positive Ladung wird über die Leitung 11 auf die Platte 8 übertragen. Diese letztere lenkt den Elektronenstrahl ab, und der Auftrefffleck desselben wird dadurch radial nach außen längs des Streifens 16 gleiten. Der Strahl nimmt eine Gleichgewichtslage an, wie bei 22 in Fig. 1 gezeigt ist, und trifft dadurch im Punkt 23 die Auffangelektrode 6. Diese Gleichgewichtslage wird durch das über dem Widerstand 17 durch den Sekundäremissionsstrom entwickelte Potential gehalten. Die Bedingungen und experimentellen Werte für ein derartiges Arbeiten sind deutlicher in Fig. 8 dargestellt, deren Beschreibung später gegeben wird. Der genannte Strom wird durch die leitende Schicht 24 auf der Gefäßwandung gesammelt. In einigen Fällen kann diese Elektrode 24 weggelassen werden, und der Anode 19 wird dann die Funktion eines Sekundäremissionskollektors gegeben.

An Stelle der Verwendung einer Sekundäremission kann natürlich die durch den Strahl auf der Auffangelektrode hervorgerufene primäre negative Ladung direkt verwendet werden, um ein Steuerfeld entgegengesetzten Vorzeichens zu erzeugen, welches den Strahl entgegengesetzt ablenken würde, aber dieses Ausführungsbeispiel würde die Röhre komplizieren, und es würde notwendig sein, die Auffangelektroden und die Verbindungsleitungen zu den Ablenkplatten zu kreuzen, d. h. die Auffangelektrode 6 mit der Platte 9 zu verbinden, um dieselbe Verschiebung des Elektronenstrahlfleckes zu erreichen.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird die Größe der Sekundäremission so eingestellt, daß der Elektronenstrahl in seiner Gleichgewichtslage teilweise die Auffangelektrode trifft und ein anderer Teil des Strahles auf den Schirm 7 auftrifft und dort einen Lichtfleck erzeugt, der die Strahllage anzeigt. Dies kann durch Einstellung der Strahlgeschwindigkeit oder der Ableitwiderstände oder durch Wahl einer geeigneten Sekundäremission oder anderer geeigneter Regulierungsmöglichkeiten erreicht werden.

Die Startbedingungen sind durch folgende Tatsachen gekennzeichnet. Der Elektronenstrahl nimmt eine feste Lage ein und bleibt dort, ein Leuchtpunkt 25 markiert diese Lage; ein positives Potential gegenüber dem gemeinsamen Speisepotential der Auffangelektroden tritt an der Anschlußklemme 20 auf, die mit der Platte 8 und der Auffangelektrode 6 verbunden ist.

Die Kommutatoroperation bei eintreffenden Impulsen wird besser durch Fig. 2 verständlich, welche die Auffangelektroden- und Ablenkplattenanordnung, von der Schirmseite der Röhre aus gesehen, darstellt. Um die Zeichnung zu vereinfachen, ist die mittlere Auffangelektrode 21 und der dazugehörige Streifen 16 weggelassen.

Es wird angenommen, daß die Eingangsimpulse kurzzeitig und positiv sind und konstante Dauer und Amplitude haben. Diese Bedingungen können durch bekannte Mittel leicht erreicht werden.

Im Ruhezustand geht der Strahl durch den hohlen mittleren Kommutatorzylinder 5', und sobald die Vorrichtung zu arbeiten beginnt, verläßt der Strahl diese Lage und kreuzt den ringförmigen Raum zwischen den Zylindern 5 und 5'. Ein an den Anschluß I₁ angelegter positiver Impuls wird ein radiales Feld zwischen diesen Zylindern aufbauen, welches nach dem äußeren Zylinder zu gerichtet ist, und dieses zusätzliche Feld wird praktisch augenblicklich die radiale Ablenkung des Strahles vergrößern, welcher dann den Punkt 23 verläßt und zur nächsten Auffangelektrode 26 übergeht und dort bei 27 auftrifft. In dieser neuen Lage, die infolge der geringen Dauer des Impulses nur vorübergehend ist, erzeugt der Strahl eine Sekundäremission vom äußeren Ende dieser Auffangelektrode, und die mit dieser Auffangelektrode über den Leiter 29 verbundene Ablenkplatte 28 bekommt ein positives Potential. Das Regulierungsfeld wird dadurch kommutiert und geht durch die radiale Ebene der Platte 28. Diese letztere wird den Strahl anziehen und wird ihm gleichzeitig eine seitliche Anzugsbewegung erteilen. Da die anziehende Wirkung der Platte 8, welche ihre positive Ladung verliert, schnell abnimmt, wird der Strahl unter der Kombinationswirkung aller dieser Kräfte längs der Auffangelektrode 26 gleiten und wird schließlich eine neue Gleichgewichtslage bei 30 einnehmen, ähnlich der Lage 23, auf der vorhergehenden Auffangelektrode. Wie zuvor wird nur ein Teil des Strahles auf die Auffangelektrodenoberfläche auftreffen, während der restliche Teil auf den Schirm auftrifft und einen Lichtfleck 31 erzeugt, der die neue Lage entsprechend dem ersten Impuls markiert.

Wenn ein neuer Impuls an den äußeren Ring 5 angelegt wird, findet derselbe Vorgang statt, und der Strahl wird auf die folgende Auffangelektrode 32 abgelenkt und bleibt dort bis zur Ankunft eines dritten Impulses. Dabei markiert er gleichzeitig auf dem Schirm einen Lichtfleck, der den zweiten Impuls aufzeichnet usw.

Wenn der Strahl auf irgendeine der Auffangelektroden auftrifft, tritt ein positives Potential an der damit verbundenen Ablenkplatte auf. Diese Potentialänderung kann in verschiedener Weise

verwendet werden, ζ. Β. um Steuerrelais einer Rechenmaschine auszulösen. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Zählvorrichtung im besonderen dazu verwendet, um eine zweite in Serie mit der ersten Röhre verbundene Röhre zu steuern, wie in Fig. 3 dargestellt ist, wo der Impuls von der Anschlußklemme 20, die mit der Platte 8 und der Auffangelektrode 6 verbunden ist, das Kommutiersystem einer zweiten Röhre 40 steuert. Jede Röhre hat zehn Auffangelektroden und zählt deshalb zehn Impulse, wobei das Ergebnis auf der Skala 34 abgelesen wird, die auf einem Ringband 35 um den Schirm angeordnet ist. Die entsprechenden Zeichen können natürlich direkt auf dem Röhrenboden aufgedrückt sein oder auf diesen projiziert sein. Das Zeichen Null entspricht der Gleichgewichtslage 23 auf der Elektrode 6, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Das Zeichen 1 entspricht einer Strahllage auf der Auffangelektrode 26 und das Zeichen 9 einer Strahllage auf der zehnten Auffangelektrode vor der Auffangelektrode 6.

Die ankommenden Signale werden an den äußeren Ablenkzylinder 5 über einen Serienkondensator 36 angelegt. Ein Widerstand 37 verbindet diesen Zylinder mit der Anode. Indem man dem Kreis 36, 37 eine kleine Zeitkonstante gibt, wird es möglich, sogar breite Impulse in kurze zu transformieren, welche zur Betätigung der Zählröhre notwendig sind.

Wie zuvor beschrieben, ist der Anschlußpunkt 20 mit der Auffangelektrode verbunden, auf welche der Strahl auftrifft, wenn keine Impulse angelegt worden sind oder wenn nach Aufzeichnung von zehn Impulsen der Strahl einen ganzen Zyklus überstrichen hat. Der äußere Zylinder 38 des Kommutatorelementes 39, welches zu der zweiten Röhre 40 gehört, welche zur Zählung der Zehnergruppen ähnlich der der Einer in der Röhre 33 dient, ist mit diesem Anschluß 20 über einen Zeitkonstantenkreis, bestehend aus einem Kondensator 41 und einem mit der Anode 43 verbundenen Widerstand 42, verbunden. Die Potentialvergrößerung der Anschlußklemme 20 gibt in dem Moment, wenn der Strahl auf die Auffangelektrode 6 auftrifft, einen kurzzeitigen Auslöseimpuls 44, der die Bewegung des Strahles der zweiten Zählröhre 40 steuert.

Wenn der Strahl die Auffangelektrode 6 verläßt und er nach der nächsten, nämlich 26, kommutiert wird, wird das Potential der Anschlußklemme 20 abnehmen, wodurch an dem Anschlußpunkt des Kreises 41-42 ein negativer Impuls 45 entsteht. Dieser letztere hat jedoch keine Störwirkung, da er den Strahl einwärts gegen die Röhrenachse verschiebt, ohne daß derselbe irgendeine andere Auffangelektrode berührt. Diese Einwärtsbewegung wird den ganzen Querschnitt des Elektronenstrahles auf die Auffangelektrodenoberfläche bringen, und deshalb wird die auf diese auftreffende Elektronenmenge vergrößert. Die entsprechende plötzliche Vergrößerung der positiven Ladung der mit dieser Auffangelektrode verbundenen Ablenkplatte wird diese Verschiebung reduzieren.

Andere ähnliche Röhren, welche Hundertergruppen, Tausendergruppen usw. aufzeichnen, können in gleicher Weise zugeschaltet werden, um die Zählkapazität der Vorrichtung zu vergrößern.

Das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel dient zur Addition von Impulsen verschiedener Art und im besonderen von Impulsen entgegengesetzten Vorzeichens. Dieser Differentialzähler ist von dem oben beschriebenen abgeleitet, indem den Auffangelektroden lediglich eine besondere Form und Anordnung gegeben ist. Die Auffangelektroden bestehen wie zuvor aus Bändern gleicher Größe und Form, die schräg in einer Ebene senkrecht zur Röhrenachse angeordnet sind, aber bei dieser Ausführungsform überlappt ein Band das vorhergehende um ungefähr die Hälfte seiner Länge, in solcher Weise, daß ein Radius, z. B. 46, aufeinanderfolgend das Ende der Auffangelektrode 47 nahe der Röhrenachse, die Mitte der nächsten Auffangelektrode 48 und schließlich das andere Ende der Auffangelektrode 49 kreuzt. Jede Auffangelektrode ist wie zuvor mit einer besonderen Ablenkplatte verbunden, d. h., die Auffangelektrode 47 ist mit der Platte 50, die Auffangelektrode 48 mit der Platte 51 und die Elektrode 49 mit der Platte 52 verbunden usw. Diese Platten sind jetzt so angeordnet, daß sie den Strahl in einer radialen Ebene ablenken, welche den Mittelteil der entsprechenden Auffangelektrode kreuzt. Zum Beispiel trifft der Strahl in seiner Gleichgewichtslage die Auffangelektrode 48 am Punkt 53 in der radialen Ebene der Platte 51. Um die Zeichnung zu vereinfachen, ist die Startauffangelektrodenanordnung nicht dargestellt worden.

Wenn der Strahl in einem gegebenen Moment auf die Auffangelektrode 48 auftrifft und wenn ein aufzuzeichnender Steuerimpuls geeigneter Amplitude und Länge den Strahl radial nach außen ablenkt, wie es in Verbindung mit den vorhergehenden Figuren beschrieben wurde, wird der Strahl die nächste Auffangelektrode 49 am Punkt 54 treffen, wird dann längs derselben gleiten und schließlich seine Gleichgewichtslage bei 55 erreichen. Wenn aber der Steuerimpuls von solcher Art ist, daß er den Strahl nach innen gegen die Achse ablenkt, wird dieser die vorhergehende Elektrode 47 bei 56 berühren und wird dann unter der Abweichsteuerung der Platte 50 gegen den Punkt 57 verschoben. Um eine Differentialverteilung der Impulse zu sichern, müssen die Impulse gemäß ihrem Vorzeichen oder ihrer Speisequelle kommutierende Ablenkungen in entgegengesetztem Sinn hervorrufen, und dies wird auf folgende Weise erreicht: Wenn eine gewisse Anzahl positiver und negativer Impulse algebraisch summiert werden soll, ist es nur notwendig, alle Impulse an dieselbe Eingangsklemme der Röhre, z.B. I₁ von Fig. 1, die zum äußeren Ablenkzylinder 5 führt, anzulegen. Dann werden die positiven Impulse den Elektronenstrahl nach außen und die negativen nach innen ablenken, wobei in letzterem Fall der Strahl auf das Ende der vorhergehenden Auffangelektrode zurückkehrt.

Wenn dagegen eine Differenz zwischen zwei Impulsserien, wobei alle Impulse das gleiche Vorzeichen haben, aber von verschiedenen Quellen kommen, angezeigt werden soll, dann werden die Impulse einer Serie wie zuvor an den Anschluß I₁ von Fig. ι angelegt und die Impulse der zweiten Serie an den Anschluß I₂, der durch eine gestrichelte Linie mit dem inneren Kommutatorzylinder 5' verbunden ist, wo sie eine Ablenkung in

ίο entgegengesetzter Richtung hervorrufen.

Es ist klar, daß die positiven und negativen Impulse oder die Impulse der zwei Serien praktisch dieselbe Amplitude aufweisen müssen, die entsprechend der Arbeitscharakteristik der Röhre eingestellt wird, damit einmal die radialen Ablenkamplituden genügend groß sind, um den Strahl von einer Auffangelektrode zu einer anderen zu treiben, aber andererseits nicht stark genug sind, um den Strahl über diese Ablenkelektrode hinausschießen und die dritte Elektrode erreichen zu lassen. Wenn diese Bedingungen erfüllt sind, wird der Verteiler genau wie ein Zähler wirken, der die algebraische Summe der Impulse aufzeichnet, aber nicht die Summe ihrer Amplituden. Wenn angenommen wird, daß die Auffangelektrode 48 den Ursprungspunkt der Zählung bildet und der Lichtfleck 53 Null markiert, dann muß im Gegensatz zu dem Zähler von Fig. 1 bei diesem Ausführungsbeispiel die Starthilfselektrode 59 durch einen Leiter 60 mit der folgenden Auffangelektrode 49 verbunden sein, wie es in Fig. 5 dargestellt ist. Diese Elektrode 49 ist radial angeordnet im Sinn der Abweichung, die dem Strahl durch die Platte 52 erteilt wird, und ist mit der Auffangelektrode 49 verbunden, endet aber kurz vor der Auffangelektrode 48 und ist deshalb davon isoliert. Da die Gleichgewichtslage des Strahles außerhalb der Elektrodenkante 59 liegt, setzt der Strahl, nachdem er die Elektrode 59 überstrichen hat, seine radiale Bewegung fort und erreicht das innere Ende 61 der Auffangelektrode 48. In diesem Moment erzeugt die Sekundäremission der letzteren eine Veränderung des Potentials der entsprechenden Platte 51, worauf die Ablenkladung der Platte 52 infolge des Aufhörens der Sekundäremission von der Auffangelektrode 49 verschwindet. Der Strahl wird dann seitlich gegen seine Startposition 53 auf der Auffangelektrode 48 verschoben. Wenn die Startelektrode mit der Auffangelektrode 48 verbunden wäre, würde die anfängliche Sekundäremission den Strahl in Kontakt mit der zwischenliegenden Auffangelektrode 47 bringen, und dieser würde dann längs der letzteren verschoben, bis der Mittelpunkt mit der Gleichgewichtslage übereinstimmt.

Im Falle eines Seriensystems, bestehend aus mehreren Differentialzählröhren, die Dekadenzähler bilden, genügt es nicht, wie in der Schaltung von Fig. 3, das durch die Ursprungsauffangelektrode 48 erlangte Potential zu benutzen, um die folgende Röhre auszulösen. Diese zweite Röhre muß in diesem Fall vor- oder zurückschalten entsprechend der Polarität oder dem Ursprung der Steuerimpulse, die den Strahl auf die Ursprungselektrode bringen oder den Strahl zum Verlassen derselben veranlassen, d. h. wenn z. B. die Einer-Röhre von der Position Neun nach der Position Null kommutiert wird, muß die zweite Röhre, die die Zehner-Gruppe markiert, von Null auf Eins vorrücken. Wenn aber die erste Röhre von Null auf Neun zurückschaltet, muß sie die Zehnerröhre von der Position Eins nach der Position Null zurückschalten.

Fig. 6 stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar, welches eine Steuerung der zweiten Dekadenröhre im richtigen Sinn erlaubt. Dieses Ausführungsbeispiel verwendet für diesen Zweck zwei Hilf sei ektroden 62 und 63. Wenn der Zähler in der Lage 9 ist, nimmt der Strahlfleck die Position 57 auf der Auffangelektrode 47 ein. Wenn in diesem Zustand der ankommende Impuls in einem positiven Sinn zu zählen ist, d. h. wenn die Röhre auf die Position Null weiterschaltet und den folgenden Dekadenzähler um eine Einheit weiterschalten muß, erzeugt dieser Impuls eine radiale Ablenkung des Strahles, die nach außen gerichtet ist, und zwar von der Position 57 nach der Position 64, in welcher er die Hilfselektrode 62 voll trifft. Die letztere nimmt kurzzeitig eine positive Ladung an, die in Form eines kurzen Impulses nach der Kommutierelektrode der folgenden Röhre übertragen werden kann, um dieselbe um eine Einheit weiterzuschalten.

Am Ende des Steuerimpulses, der an die erste Zählröhre angelegt wird, wird die Strahlablenkung abnehmen, und der Elektronenfleck wird dann die Elektrode 62 verlassen und die Auffangelektrode 48 erreichen und längs derselben bis zu seiner Gleichgewichtslage 53 gleiten.

Wenn dagegen die erste Röhre in der Position Null steht, und der Steuerimpuls ist in einem negativen Sinn zu zählen, dann wird die zweite Hilfselektrode 63 benutzt. Der Elektronenfleck liege bei 53. Der Steuerimpuls wird ihn nach innen gegen die Röhrenachse radial verschieben, und er wird deshalb eine kurze Zeit auf die Auffangelektrode 63 auftreffen, welche eine kurzdauernde positive Ladung erlangt. Diese Ladung wird an die entsprechende Kommutatorelektrode der folgenden Röhre angelegt und schaltet dieselbe um eine Einheit zurück. Am Ende des Steuerimpulses verläßt der Fleck die Elektrode 63 und trifft auf die vorhergehende Elektrode 47 bei 56 auf und gleitet nach seiner Gleichgewichtslage 57.

Während seiner Ablenkung durch den Steuerimpuls kreuzt der Elektronenstrahl die benachbarte Auffangelektrode, bevor er die Hilfselektrode erreicht. Es ist jedoch leicht, die Arbeitscharakteristik der Röhre derart einzustellen, daß diese Kreuzungszeit stark reduziert wird, um die Sekundäremission und ihre Wirkung vernachlässigen zu können. Andererseits kehrt der Strahl während seines Rücklaufes viel langsamer zu seiner normalen Gleichgewichtslage zurück, und das an der entsprechenden Platte erzeugte Ablenkpotential tritt unmittelbar in Wirkung und verhindert, daß der Strahl die Auffangelektrode überschießt. Um die Zähler am Ende einer Zähloperation in die NuIl-

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lage zurückzuführen, würde es genügen, einfach den Elektronenstrahl aller Kommutatorröhren zu unterbrechen, was z. B. durch Anlegung eines negativen Impulses von geeigneter kurzer Dauer an ihre Steuerzylinder geschehen kann. Die in diesem Augenblick überstrichenen Auffangelektroden verlieren dann ihre Ladungen, und die Ablenkfelder verschwinden. Wenn dann der Elektronenstrom wieder fließt, wird der Strahl axial auf die zentrale ίο Startelektrode auftreffen und, wie oben beschrieben, seine Nullage einnehmen.

Gemäß einer Abänderung dieser Erfindung kann an Stelle eines innen angeordneten Elektrodensystems 5, s' die Ablenkwirkung auch durch äußere Mittel erreicht werden, indem die Strahlgeschwindigkeit plötzlich variiert wird. Es ist klar, daß diese Variation für ein gegebenes transversales Ablenkfeld eine plötzliche Änderung der Strahllage in eine gewünschte Richtung verursachen würde. Der Steuerimpuls wird nach geeigneter Verstärkung in den Anodenspeisekreis eingeführt, um plötzlich dessen Spannung zu vergrößern oder zu verringern, entsprechend dem Vorzeichen des Impulses und dem Betätigungsziel. Dies kann durch irgendeine geeignete Kopplungsvorrichtung geschehen, wie z. B. durch einen Transformator, eine Widerstandskapazitätsschaltung oder durch Verwendung eines Kopplungswiderstandes, der gleichzeitig zur Anodenspannungsspeisung der Zählröhre und zum Ausgangskreis des Verstärkers gehört. Aber dieses Ausführungsbeispiel ist von geringerem Interesse, da weitere Relais und Verbinder in dem Eingang und zwischen den Stufen eines Kaskadenzählers nötig werden.

Die vollständige Verteiler- und gleichzeitige Zählröhre besteht, wie Fig. 7 zeigt, aus einem Röhrenkolben i, einem Quetschfuß 8i, der von einem metallischen Ring 83 umgeben ist, welcher mittels flacher Streifen 80 und 82 das Kathodensystem 2 trägt, welches aus einem emittierenden Heizfaden und einem denselben umgebenden Steuerzylinder besteht. Ihre Einführungsleiter sind in demselben Ouetschfuß eingebettet. Die Anode 19 ist an einem ringförmigen Glimmerstück 74 befestigt, welches teilweise geschnitten ist, so daß die inneren Elektroden sichtbar sind. Vier gleiche flache Isoliertragringe 70, 71, 72 und 73 sind innerhalb der Röhre mittels Zungen 78, die nur in Verbindung mit dem Ring 70 dargestellt sind, befestigt. In diesen Ringen sind Metallstangen 11, 12 rund um die Röhrenachse befestigt und bilden mit den Ringen ein festes Gefüge, welches außerhalb der Röhre zusammengebaut werden kann und in diese hineingeschoben werden kann. Die Ringpaare 72-73 tragen die Ablenkplatten 8 ... 9, die mittels ihrer abgeflanschten Enden 8' bzw. 9' daran befestigt sind. Jede Ablenkplatte ist durch eine leitende Schicht (nicht gezeigt) auf dem Ring mit ihrer entsprechenden Stange verbunden. Jede Stange trägt einen besonderen Widerstand 17 ... 17' zur Festlegung des Ableitungspotentials. Diese Widerstände enden in einem ringförmigen leitenden Niederschlag 79, der einen gemeinsamen Punkt [ bildet und der über den Quetschfuß mit dem Röhrensockel verbunden ist. Der Ring 71 trägt die äußere zylindrische Kommutatorelektrode 5 mittels angenieteter Streifen 75, die innere zylindrische Elektrode 5' ist in gleicher Weise mittels der Streifen 76 befestigt. Zwei einzelne Drähte führen von den Elektroden über den Quetschfuß nach außen. Die bandförmigen metallischen Auffangelektroden 6, ro, 26 (die anderen sind aus Gründen der Vereinfachung weggelassen) sind mit der Seite des Ringes vernietet, die dem Schirm 7 gegenüber liegt, und sind so angeordnet, daß alle aktiven Teile, d. h. diejenigen, die vom Strahl getroffen werden, in die ringförmige Öffnung des Ringes vorspringen. Während der Kommutierungsperiode wird der Strahl den Schirm überstreichen, aber diese Periode ist sehr kurz und seine Spur infolgedessen kaum sichtbar. Diese Auffangelektrodenstreifen können auch an der Oberfläche des Ringes befestigt sein, die gegenüber der Elektronenquelle liegt, indem man nur ihre inneren Spitzen in die Ringöffnung hineinragen läßt, um so dem Strahl die Möglichkeit zu geben, in seiner Gleichgewichtslage auf den Schirm aufzutreffen. Während der Kommutierungsperiode wird der Strahl die isolierende Ringoberfläche etwas aufladen, aber diese Wirkung macht sich praktisch nicht bemerkbar, und darüber hinaus wird der natürliche Ableitungseffekt des Ringes und seines umgebenden Mediums den notwendigen Gleichgewichtseffekt sichern. Leitende Niederschläge, wie z. B. TJ, auf der Schirmseite des Ringes verbinden jede Auffangelektrode mit einer besonderen Stange 11, 12, die zu einer entsprechenden Ablenkplatte führt. Eine ringförmige leitende Schicht 24 auf der Innenseite der Röhrenwand, die durch Aufspritzen einer leitenden Substanz, wie z. B. einer Graphitlösung gebildet ist, ist über den Draht 8 mit einem Einführungsleiter in dem Röhrenquetschfuß 81 verbunden und darüber hinaus mit dem aus einem leitenden oder halbleitenden Belag bestehenden Fluoreszenzschirm über eine leitende Schicht /, wie sie gewöhnlich bei Kathodenstrahlröhren verwendet wird. Die Auffangelektroden sind aus einem geeigneten Material hoher Sekundäremissionsleistung hergestellt, dessen Emissionsverhältnis wesentlich höher als Eins ist. Für diesen Zweck kann z. B. Nickel verwendet werden, welches mit einer Barium- oder einer Strontium-Oxydschicht oder einer sonstigen Alkalimetallverbindung bedeckt ist. Die Zählmarken sind direkt auf der Außenseite des Röhrenkolbens aufgebracht.

In Fig. 8, welche den Gleichgewichtszustand der Röhre darstellt, zeigen die verschiedenen Pfeile die übliche Richtung des Stromflusses, welcher entgegengesetzt zur Richtung der Elektronenbewegung ist. Ein Elektronenstrom von z. B. 0,15 Milliampere wird durch die Anodenspannungsquelle £ von 1000 Volt beliefert. Diese Spannung kann relativ niedrig gehalten werden, da weder ein scharfer Bündelungseffekt noch hohe Brillanz des Fleckes benötigt werden; andererseits vergrößert eine niedrige Beschleunigungsspannung die Empfindlichkeit der Strahlablenkung und schützt den

Schirm gegen Ausbrennen. Nach seiner Ablenkung durch das transversale Feld der Platte 8 kreuzt der Strahl die Ebene der Auffangelektrode 6, wo er in zwei Teile geteilt wird: Der eine von ο,ΐο Milliampere Intensität folgt derselben Spur, trifft auf den Schirm und erzeugt dort einen Leuchtfleck und kehrt nach dem Pluspol der Anodenbatterie mittels der Sekundäremissionswirkung des Schirmes und auf dem Ableitweg, bestehend aus der Schicht 24, zurück, wie es bei normalen Kathodenstrahlröhren üblich ist. Der andere Teil des Strahles von 0,05 Milliampere Intensität trifft die Auffangelektrode und erzeugt einen Sekundäremissionsstrom von 0,25 Milliampere bei dem angenommenen Sekundäremissionsverhältnis von 5. Diese Emission wird durch die mit der Anode verbundene Schicht 24 gesammelt, da die Batterie 18 die Auffangelektrode negativ bezüglich Anode vorspannt, und kehrt nach dem positiven Pol der Anodenspeisequelle über die Batterie 18 zurück. Der Gesamtstrom, der die Schicht 24 verläßt, beträgt deshalb 0,35 Milliampere. Die Auffangelektrode nimmt einen Strom von 0,05 Milliampere auf und speist einen Strom von 0,25 Milliampere, und diese Differenz wird durch einen Strom von 0,2 Milliampere kompensiert, der durch die Vorspannungsbatterie 18 geliefert wird. Dieser Strom entwickelt an dem Ableitwiderstand 17 von 100 000 Ohm eine Potential differenz von 20 V, die zwischen der aktiven Platte 8 und den anderen Platten auftritt, wodurch die Ablenkfeldrichtung gegen die erste Platte bestimmt wird. Wie in Fig. 2 dargestellt ist, sind die Strahllage und der Strahlteil so reguliert, daß der Querschnitt des Strahles den äußeren Rand der Auffangelektrode überschießt. Irgendeine Arbeitszustandsveränderung, wie z. B. eine plötzliche Veränderung der Sekundäremission, wird dadurch automatisch kompensiert, daß ein mehr oder minder starkes Auf treffen des Strahles auf den Auffangelektrodenteil auftritt, und diese fließende Charakteristik des Strahlfleckes hält ihn während der Kommutierungsperiode auf der Auffangelektrodenoberfläche und stabilisiert ihn in seiner Gleichgewichtslage. Andererseits wird diese Selbstregulierung des Gleichgewichtszustandes durch die Tatsache begünstigt, daß die Sekundäremission eine Funktion der Potentialdifferenz zwischen der Auffangelektrode und der Kollektorschicht ist und daß bei diesen Bedingungen das genannte Potential, das Ablenkfeld und der Sekundärstrom zusammenwirken, um den Selbstreguliereffekt zu sichern.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf diese besondere Form und Anordnung der Auffangelektroden oder der Ablenkelektroden beschränkt.

An Stelle des in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispieles können die Auffangelektroden durch eine Schicht geeigneten Materials auf dem Schirm der Röhre gebildet werden, und dann können die Verbindungsleitungen zu den Elektroden durch äußere Drähte gebildet werden. Der Schirm kann auch durch den Glimmerring, der die Auffangelektrodenstreifen trägt, getragen werden. Die Regulierungs- J widerstände 17 können durch Bedeckung der inneren Röhrenwand hergestellt werden oder außerhalb der Röhren angeordnet sein. An Stelle der Verwendung eines Fluoreszenzschirmes für die Ablesung der Zählresultate können die Auffangelektroden Verbindungsleitungen aufweisen, die durch die Röhrenwand gehen, um deren Ladungen im Falle der Zählung an Signalindikatoren zu führen oder im Falle der Verwendung der Röhre als einfacher Verteiler an Relais oder andere geeignete Ansprechvorrichtungen.

Die Kommutatorzählvorrichtung ist sehr einfach zu bauen, arbeitet zuverlässig und ist sehr empfindlich. Sie markiert in irgendeinem Augenblick die Summe der algebraischen Addition der empfangenen Impulse gemäß ihrer Polarität und auch die Differenz zwischen zwei Impulsserien. Darüber hinaus hat sie eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit, d. h., sie kann sehr kurze Impulse aufzeichnen und kann deshalb durch mit hoher Wiederholungsfrequenz ankommende Impulse gesteuert werden. Wenn C die totale Kapazität der Auffangelektrode, ihrer Ablenkplatte und aller Verbindungsleitungen ist, wenn R der Widerstand ist, der die Platte mit der Vorspannungsbatterie 17 in Fig. 1 verbindet, und r der Widerstand des Sekundäremissionsweges ist, ist die Zählgeschwindigkeit durch die Zeitkonstanten CR und Cr bestimmt. Durch Einstellung von C auf 5 Mikrofarad, R auf 100 000 Ohm und eines Sekundäremissionsstromes, der den Widerstand r bestimmt, von ungefähr 0,25 Milliampere werden die Zeitkonstanten ungefähr ⁵/₁₀ Mikro-Sekunden sein, was einer Zählgeschwindigkeit von ungefähr 2 Millionen Impulsen pro Sekunde entspricht. Diese Geschwindigkeit kann durch Wahl eines Strahles größerer Intensität und durch Verringerung der Ableitwiderstände wesentlich vergrößert werden.

Darüber hinaus erlaubt der Kaskadenzähler eine sehr hohe Anzahl Impulse mit nur ein paar Röhren zu zählen. Da jede von ihnen bis 10 zählen kann, ist es möglich, eine Zählleistung von io⁷ mit nur sieben in Serie geschalteten Röhren zu erreichen. Um dasselbe Resultat mit den bisher bekannten elektronischen Zählsystemen, wie z. B. binär arbeitenden Multivibratoren, zu erreichen, würde es notwendig sein, bereits fünf Multivibratoren für jede Dekadenzählung zu verwenden, was die Anzahl Röhren und Kopplungskreise wesentlich vergrößert, wie auch die Zahl der dazugehörigen visuellen Indikatoren, während die Röhre gemäß der Erfindung die Zähl- und Anzeigefunktionen gleichzeitig erfüllt. Alle Ableitwiderstände 17 sind innerhalb des Röhrenkolbens angeordnet, so daß ihre Zuführungsleitungen auf ein Minimum reduziert werden können, wodurch die Zeitkonstanten noch mehr verringert und die Zählgeschwindigkeit vergrößert wird.

Claims (12)

1. Patentansprüche:

   i. Elektronischer Verteiler, insbesondere für Zählzwecke, mit einer Kathodenstrahlröhre,

   mit Mitteln für die Erzeugung eines Elektronenstrahles und für die Bündelung desselben längs einer vorbestimmten Achse, mit mehreren Auffangelektroden, die von dem Elektronenstrahl überstrichen werden, und mit Ablenkelektroden, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der in verschiedenen transversalen Ebenen bezüglich dieser Achse verteilten Ablenkelektroden der Anzahl der Auffangelektroden gleich

   ίο ist und daß jede der Ablenkelektroden mit je einer der Auffangelektroden verbunden ist, so daß sie die Ladungen annehmen, die durch das Auftreffen des Elektronenstrahles auf den zugehörigen Auffangelektroden auftreten und dadurch transversale Regulierablenkfelder erzeugen.
2. 2. Verteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auffangelektroden bandförmig ausgebildet und gegenseitig versetzt angeordnet sind und sich teilweise in solcher Weise überlappen, daß eine Ebene, die durch jede Ablenkelektrode und die Achse geht, mindestens zwei Auffangelektroden aufeinanderfolgend schneidet, und daß diese Ablenkelektrode mit einer dieser beiden Auffangelektroden verbunden ist.
3. 3. Verteiler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkelektroden die Form von Platten haben und kreisförmig um die Achse, die mit der Achse des Kathodensystems übereinstimmt, verteilt sind und so mehrere radiale Ebenen bestimmen, die durch die genannte Achse verlaufen, daß die bandförmigen Auffangelektroden kreisförmig in einer Ebene senkrecht zu dieser Achse verteilt und bezüglich der letzteren geneigt sind und sich teilweise in radialer Richtung überlappen und daß die Kathodenstrahlröhre ferner eine Kommutatorvorrichtung enthält, die die ankommenden Impulse aufnimmt und ein radiales Feld erzeugt, welches einheitlich um die genannte Achse verteilt ist.
4. 4. Verteiler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommutatorvorrichtung durch zwei koaxiale Zylinder gebildet wird, die die genannte Achse umgeben und die zwischen den Ablenkplatten und den Auffangelektroden liegen.
5. 5. Verteiler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auffangelektroden aus einem Material hergestellt sind, welches eine Sekundäremissionsleistung von einem Verhältnis größer als Eins hat, und daß die Röhre mit einer Supplementärelektrode ausgerüstet ist, die die Sekundäremission aufnimmt, und daß ferner die Auffangelektroden und ihre entsprechenden Ablenkplatten in solcher Weise verkettet sind, daß die durch die positiven Auffangelektrodenladungen erzeugten Regulierfelder immer nach außen gerichtet sind.
6. 6. Verteiler nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Ebene durch eine Ablenkplatte das innere Ende der Auffangelektrode, mit welcher diese Platte gekoppelt ist, und das äußere Ende der nächsten Auffangelektrode schneidet, die mit der nächsten Platte verbunden ist, daß ferner eine Startauffangelektrode im Schnittpunkt der Röhrenachse mit der Ebene der Auffangelektroden angeordnet ist, und daß diese Auffangelektrode sich nach der dem Zählursprung entsprechenden Auffangelektrode erstreckt und mit dieser verbunden ist,'daß ferner die Röhre mit einem Fluoreszenzschirm ausgerüstet ist, auf den der Strahl in seiner Gleichgewichtslage auftrifft, und daß eine Ableseskala diesem Schirm zugeordnet ist.
7. 7. Verteiler nach den Ansprüchen 1 bis 5, insbesondere für eine Differentialzählung, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Ebene durch eine Ablenkplatte den mittleren Teil der mit dieser Platte verbundenen Auffangelektrode und das innere bzw. äußere Ende der auf zwei Seiten der ersterwähnten Auffangelektrode angeordneten Auffangelektroden schneidet, daß ferner eine Supplementär-Startauffangelektrode dort vorgesehen ist, wo die Röhrenachse die Ebene der Auffangelektroden schneidet, daß diese Startauffangelektrode sich über einen radialen leitenden Weg zu der dem Zählursprung entsprechenden Auffangelektrode erstreckt und mit der nächsten Auffangelektrode, die die Ursprungsauffangelektrode überlappt, verbunden ist, daß die Röhre mit einem Fluoreszenzschirm ausgerüstet ist, auf den der Elektronenstrahl in seiner Gleichgewichtslage auftrifft, und daß diesem Schirm eine Ableseskala zugeordnet ist.
8. 8. Verteiler nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch zwei Supplementärauffangelektroden in der Ebene der Auffangelektroden, die nahe dem äußeren Ende der Ursprungsauffangelektrode und dem inneren Ende der letzten vorhergehenden Auffangelektrode liegen.
9. 9. Verteiler nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß derselbe eine Kommutatorvorrichtung aufweist, an die die zu verteilenden Impulse angelegt werden, und daß diese Vorrichtung auf den Strahl in solcher Weise einwirkt, daß sie die durch die Regulierablenk- no elektrode der Röhre auf den Strahl ausgeübte Ablenkamplitude verändert, und daß ferner den Auffangelektroden zugeordnete Mittel vorgesehen sind, die durch die Elektronen des auftreffenden Strahles gesteuert werden.
10. 10. Verteiler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommutatorvorrichtung außerhalb der Röhre angeordnet ist und durch Änderung der Anodenbeschleunigungsspannung auf die Strahlgeschwindigkeit einwirkt.
11. 11. Verteiler nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Auffangelektroden-Ablenkplattensatz über einen besonderen Potentialstabilisierungswiderstand mit dem negativen Pol einer Vor-Spannungsquelle verbunden ist, deren positiver

    Pol mit der Anode der Röhre verbunden ist, mit welcher gleichfalls die Sekundäremissions-Sammelelektrode verbunden ist.
12. 12. Die Anwendung von zwei oder mehr Verteilern nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche in der Weise, daß die Ablenkplatte eines vorangehenden Verteilers, die mit der letzten Zählauffangelektrode verbunden ist, z. B. die neunte im Falle einer Dezimalskala, über einen geeigneten Zeitkonstantenkreis mit der zylindrischen Kommutatorvorrichtung des nachfolgenden Verteilers verbunden ist.

    Hierzu ι Blatt Zeichnungen

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