DE971775C - Einrichtung zur Verstaerkung elektrischer Stroeme und Spannungen - Google Patents

Description

Die Erfindung benutzt zur Verstärkung elektrischer Ströme oder Spannungen einen Trockengleichrichter. Dieser besteht z. B. beim Selentrockengleichrichter aus Selen in kristallisiertem Zustande als Halbleiter, das sich als dünne Schicht zwischen zwei Elektroden befindet, die bei gleicher Feldstärke als Kathoden verschieden große Elektronenströme in das Selen hineinzusenden vermögen. Je unterschiedlicher die beiden Elektroden ίο in ihrer Emissionsfähigkeit sind, desto besser arbeitet der Gleichrichter. In der Praxis wird Selen bei so hoher Temperatur auf einer Nickelunterlage geschmolzen, daß sich zwischen dem Nickel und dem Selen eine dünne Schicht von Nickelselenid bildet. Dieses Nickelselenid vermag als Kathode nur sehr geringe Elektronenmengen in das Selen zu emittieren, im Gegensatz zu den Metallen wie Cadmium, Blei, die als Kathoden bei gleich großer Feldstärke erheblich größere Elektronenmengen in das Selen hineinzusenden vermögen. Die Metalle selbst unterscheiden sich im übrigen nur wenig in ihrem Emissionsvermögen untereinander. Eine Selenschicht, die sich zwischen einer Nickelselenidelektrode auf der einen Seite

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und einer Metallelektrode auf der andern Seite befindet, wird große Ströme hindurchlassen, wenn die Metallelektrode Kathode ist, und nur sehr geringe Ströme hindurchlassen, wenn die Nickelselenidelektrode Kathode ist.

Die Erfindung geht von diesen Erkenntnissen aus. Sie geht ferner von der Erkenntnis aus, daß der Strom in der Selenschicht ein reiner Elektronenstrom ist, daß dieser außer von der Elektronenemissionsfähigkeit der anliegenden Kathode von der elektrischen Feldstärke abhängt, die an dieser Kathode herrscht, und daß demgemäß die Verhältnisse ähnlich liegen wie bei Hochvakuumröhren mit Glühkathode. Infolgedessen muß sich mit dem Trockengleichrichter auch ein Verstärker analog den Glühkatihoden-Verstärkerröhren zusammenbauen lassen. Da wegen der dünnen Selenschicht der an sich bekannte Einbau eines Gitters nicht zum gewünschten Ziel führt, wird die eine Elektrode erfindungsgemäß unterteilt, derart, daß der eine Teil als Steuerorgan dient und aus einem Metall besteht, das mit der Gleichriohterschiclht durch chemische Reaktion eine Übergangsschicht bildet. Grundsätzlich ist es möglich, dieses Steuerorgan entweder auf der Anodenseite unterzubringen oder, wie in der Zeichnung, auf der Kathodenseite. Die beiden Elektroden α und b liegen hier in einer Ebene auf derselben Seite der Selenschicht, während auf der andern Seite der Selenschicht die Anödet anhaftet, α ist die Steuerelektrode und entspricht dem Gitter in den Verstärkerröhren, b ist die Emissionskathode und entspricht dem Glühfaden in Verstärkerröhren. Damit die von der Steuerelektrode ausgehenden elekirischen Kraftlinien sich möglichst zwischen Emissionskathode b und Steuerelektrode α ausbilden und weniger zwischen Steuerelektrode α und Anode A, verdient die Anordnung gemäß der Zeichnung den Vorzug vor einer Anordnung des Steuerorgans auf der Anodenseite. Außerdem werden in der Zeichnung die Steuerelektrode α und die Emissionskathode b in Streifen rasterartig ineinandergeschachtelt, wobei möglichst keiner der Streifen breiter gehalten wird, als die Selenschicht dick ist. Die Streifen α werden unter sich elektrisch verbunden, und ebenso sind die Streifen b unter sich elektrisch verbunden. Die Streifen sind durch dünne Isolationsblättchen (Glimmer) voneinander gegen seitliche Berührung isoliert. Die Anode A stellt in übliciher Weise eine zusammenhängende Fläche aus einem aufgespritzten oder angepreßten Metall dar. Die Verstärkung hängt hauptsächlich von dem Verhältnis der Oberflächen der Streifen der Emissionskathode zu denen des Steuerorgans ab. Natürlieh kommen die Oberflächen nur so weit in Betracht, als die Emissionskathode und die Steuerelektrode die Selenschicht tatsächlich berühren. Das Verhältnis spielt eine ähnliche Rolle wie der Durchgriff bei Verstärkerröhren: je kleiner das angegebene Verhältnis ist, desto größer ist der Verstärkungsgrad. Die Schaltung ist der der Verstärkerröhren analog: Der zu verstärkende Strom wird zwischen Emissionskathode b und Steuerelektrode α gelegt. Der verstärkte Strom wird zwischen Emissionskathode b und Anode A abgenommen. Zwischen der Kathode b und der Anode A liegt ständig eine entsprechend bemessene Gleichspannung, und zwar mit dem negativen Pol an der Emissionskathode b und mit dem positiven Pol an der Anode A. Die Steuerelektrode α muß eine negative Gleichspannung vorgespannt erhalten, ähnlich der negativen Vorspannung der Gitter bei Verstärkerröhren. Diese Gleichspannung — ebenfalls optimal bemessen — liegt also mit dem negativen Pol an der Steuerelektrode α und mit dem positiven Pol an der Emissionskathode b.

Eine solche Einrichtung würde auf der Steuerseite noch zuviel Energie verbrauchen, als Verstärker also noch wenig oder gar nicht funktionieren. Die Steuerelektrode α wird nun aus einem Material angefertigt, das möglichst schlecht Elektronen in die Gleichrichterschicht (Se) emittiert, z. B. Nickelselenid, während die Emissionskathode b aus einem Material hergestellt wird, das möglichst gut und reichlich Elektronen in die Gleichrichterschicht emittiert (praktisch alle Metalle). Unter den hier möglichen Metallen kommen besonders diejenigen in Betracht, die sich nicht mit Selen verbinden. Dies sind außer Graphit Chrom und Aluminium. Das Material der Anode ist gleichgültig. Zweckmäßig besteht es aus Blei oder Cadmium oder Zinn oder einer leicht aufspritzbareu Metallegierung.

Der Raster wird aus entsprechend geschnittenen Streifen, aus dünnem Nickelblech für die Steuerelektrode α und aus dünnen Aluminiumfolien für die Emissionskatode b, gebildet. Die der Selenschicht zugekehrte Fläche der Streifen wird möglichst eben gemacht. Auf ihr wird Selen in etwa ¹Ao bis ²Ao mm dicker Schicht zum Schmelzen gebracht. Die Fläche mit der Selenschicht wird dann so hoch erhitzt, bis das Nickel mit dem Selen reagiert und eine oberflächliche Nickelselenidschicht bildet, aber nicht so hoch erhitzt, daß auch das Aluminium reagiert (300⁰C genügen). Die Erhitzung erfolgt so lange, bis sich die Nickeloberfläche vollständig mit der Nickelselenidschicht von ausreicher Dicke bedeckt hat. Darauf wird die Schicht bei 200° C oder besser durch· Abschrecken zum Erstarren gebracht. Dann wird zweckmäßig mit einem Graphit- oder Aluminiumstempel die Selenschicht fest an ihre gerasterte Unterlage gepreßt und mehrere Stunden unter diesem Preßdruck bei etwa 120° C und dann bei 210⁰ C angelassen. Schließlich wird auf die fertige und abgekühlte Schicht nach Entfernung des Druckstempels eine leicht schmelzende Metallegierung, z. B. aus Cadmium und Zinn, als Anode A aufgesprizt oder auch nur eine Bleiplatte als Anödet gegen die Selenschicht gepreßt. Für die Selenschicht ist eine bestimmte Dicke optimal. Ist sie zu dick, so spielen die Unterschiede in der Elektronenemissionsfähigkeit der anliegenden Elektroden nicht mehr die entscheidende Rolle. Der Strom wird dann hauptsächlich von der Eigenleitfähigkeit des Selens bestimmt. Bei zu dünner Schicht leidet die Durch-

schlagsfestigkeit, und die konstruktiven Schwierigkeiten werden zu groß. Die optimale Schichtdicke liegt beim Selen zwischen ¹Ao und ²Ao mm.

Es besteht ein Interesse, zur Verringerung ihrer Kapazität die Streifen α und b möglichst klein zu machen. An Stelle der Streifen werden besser dünne Drähte aus Nickel und Aluminium verwendet, die gemeinsam über eine Porzellanunterlage, die entsprechende Rillen hat, gewickelt

ίο werden, und zwar derart, daß die Drähte einlagig und abwechselnd, lediglich durch die Porzellanrillen isoliert, dicht nebeneinander auf der Porzellanfläche liegen.

Der Verstärker arbeitet trägheitslos. Er kann, wenn der Anodenkreis mit dem Steuerkreis rückgekoppelt wird, als Generator dienen, oder er kann mit weiteren Verstäfkern in Reihe geschaltet werden, indem der aus dem Anodenkreis des ersten Verstärkers resultierende Strom über einen Transformator oder ein sonstiges geeignetes Kopplungsglied dem Steuerkreis des zweiten Verstärkers zugeleitet wird usw. Es können so hohe Verstärkungen erzielt werden. Andererseits können mehrere Verstärker auch parallel geschaltet und so der Aufnahme und der verstärkten Wiedergabe auch größerer Leistungen angepaßt werden. Es besteht die Möglichkeit, diese Anpassung von vornherein durch Bemessung der gesamten Selenfläche vorzunehmen.

Eine höhere Anodenspannung liefert ohne weiteres eine größere Leistung. Die positive Anodenspannung wird aber dadurch begrenzt, daß von der Steuerelektrode a, die ja gegenüber allen andern Elektroden, insbesondere gegenüber der Anode A negativ ist, nicht nur kein größerer Strom zur Emissionskathode b, sondern auch nicht zur Anode A hinüberfließen darf. Insofern müssen Anodenspannung und Vorspannung des Steuergitters einander optimal angepaßt sein. Die Leistung des Verstärkers kann weiterhin durch Kühlflächen, welche die Temperatur der Selenschicht beim Betriebe niedrig halten, gesteigert werden.

Die Erfindung ist nicht auf den Selengleichrichter beschränkt. In gleicher Weise können andere Gleichricihtertypen verwendet werden. BeimKupferoxydulgleiahrichter beispielsweise entspricht das Kupferoxydul der Selenschicht und das Kupferoxyd der Nickelselenidschicht. Die Steuer-

elektrode wird daher hier einen dünnen Überzug von Kupferoxyd erhalten müssen und erst mit diesem die Kupferoxydulschicht berühren dürfen. Das Material der Anode ist auch hier gleichgültig, während die Emissionskathode zweckmäßig aus reinem Kupfer besteht.

Claims (10)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Einrichtung zur Verstärkung elektrischer Ströme und Spannungen mittels einer von drei Elektroden oberflächlich berührten Gleichrichterschicht, bei der eine Elektrode als Steuerelektrode dient, dadurch gekennzeichnet, daß auf der einen Seite der Gleichrichterschicht eine zusammenhängende Elektrode anliegt, während die auf der anderen Seite liegende Elektrode unterteilt ist, derart, daß der eine Teil als Steuerelektrode dient und aus einem Metall besteht, das mit der Gleichrichterschicht durch chemische Reaktion eine Übergangsschicht bildet.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer aus einer Verbindung bestehenden Gleidhrichterschicht, wie Kupferoxydul, die Übergangsschicht statt durch Reaktion des Metalls der Steuerelektrode mit der Gleiohrichtersohicht durch Reaktion eines Metalloides (Sauerstoff) mit der Gleichrichterschicht gebildet ist.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden auf derselben Seite der Gleichrichterschicht benachbarten Elektroden rasterartig oder rostartig ineinander verschachtelt sind, derart, daß die ineinandergreifenden Teile eng nebeneinander liegen und eine Breite besitzen, die vorzugsweise kleiner als die Stärke der Gleichrichterschicht ist.
4. 4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode von größerer Flächenausdehnung als die neben ihr angeordnete Elektrode ist.
5. 5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung der von der Steuerelektrode beaufschlagten Flächenteile der Gleiehrichterschicht als kontinuierlicher Übergang durch thermische Behandlung erzielt ist.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die optimale Stärke der Übergangssahicht durch die Höhe der angewandten Temperatur und die Dauer der Erhitzung bestimmt ist.
7. 7. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die anderen Elektroden aus einem Material bestehen, das sich nicht mit der Gleichridhterschicht verbindet.
8. 8. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die der Steuerelektrode benachbarte Elektrode die Anode darstellt.
9. 9. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die der Steuerelektrode benachbarte Elektrode die Kathode darstellt.
10. 10. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Kühlung (Kühlflächen) vorgesehen sind.

    In Betracht gezogene Druckschriften:

    Deutsche Patentschriften Nr. 450091, 519 161, 684522; österreichische Patentschrift Nr. 130 102;