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Einrichtung zur Stabilisierung von Gleichspannungen Die Erfindung
befallt sich mit Einrichtungen zur Gleichspannungsstabilisierung, die eine Glimmentladung
zwischen kalten Elektroden in einer Gasatmosphäre als spannungsstabilisierendes
Element benutzen.
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Die Verwendung einer Glimmentladungsröhre mit kalter Kathode als Spannungsstabilisator
leitet sich aus folgender Tatsache her: Wenn an zwei Elektroden, die sich innerhalb
einer Gasatmosphäre befinden, eine bestimmte kritische Spannung, die sogenannte
Zündspannung, angelegt wird, setzt eine Entladung ein mit der Bildung einer Raumladung,
die durch ein Glimmen in der Nachbarschaft der Kathode sichtbar wird. Wenn der Strom
so begrenzt ist, daß nicht die ganze nutzbare Kathodenoberfläche von der Glimmentladung
bedeckt ist, so sinkt dann die Spannung zwischen den Elektroden nach der Zündung
auf einen Wert, der beträchtlich niedriger als die Zündspannung ist. Dies ist die
sogenannte normale Glimmentladung. Verringert man die Spannung unter einen kritischen
Wert, der als Betriebsspannung bekannt ist, so erlöscht die Entladung. Die Stromspannungscharakteristik
der normalen Entladung ist im allgemeinen flach, die Spannung wird nicht viel größer
als die Betriebsspannung, bis die ganze Kathodenoberfläche mit einem Glimmsaum bedeckt
ist. Dann sagt man, die Kathode sei gesättigt, und es beginnt die anomale Entladung
mit dem Anwachsen der Spannung bei weiter steigendem Strom.
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Die Betriebsspannung einer Entladungsstrecke hängt vom Elektrodenmaterial,
der Gasfüllung und der geometrischen Anordnung der Elektroden ab. Wenn z. B. die
Anode die Form eines Stabes senk
recht zu der Kathodenebene hätte,
so würden bei wachsendem Strom diejenigen Teile der Kathode, die der Anode unmittelbar
benachbart sind, gesättigt werden, die weiter weg liegenden Teile dagegen würden
ungesättigt bleiben. Die Spannung zwischen den Elektroden würde also mit steigendem
Strom größer werden, selbst wenn die Entladung, über die ganze Kathodenoberfläche
genommen, nicht als anomal bezeichnet werden kann. Will man daher für einen großen
Strombereich nur kleine Spannungsänderungen zulassen, so müssen Anode und Kathode
vorzugsweise parallel sein.
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Eine Erscheinung wird in Glimmröhren im allgemeinen beobachtet und
tritt besonders in Röhren mit ebenen Elektroden auf, daß nämlich der Glimmsaum bestrebt
ist, nicht fest auf der Kathodenoberfläche stehenzubleiben, sondern seine Lage verändert.
Es wurde nun gefunden, daß solche Lagenänderungen des Kathodenglimmlichts die Hauptursache
der Spannungsschwankungen in den zur Spannungsstabilisierung verwendeten Gasentladungsröhren
sind.
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Gemäß der Erfindung wird in einer Einrichtung zum Stabilisieren von
Gleichspannungen, die ein Paar ausgedehnte, in einer Gasfüllung eingeschlossene
Elektroden enthält, die eine Glimmentladungsstrecke mit kalter Kathode zwischen
im wesentlichen parallelen Oberflächen darstellen, eine mit der Anode der Entladungsstrecke
verbundene Hilfselektrode angeordnet, die in die Entladungsstrecke parallel zur
Kathode hineinragt, und zwar mit einem Abstand von der Kathode, der im wesentlichen
gleich der Länge des Kathodenfalls des Potentials bei Entladung zwischen Kathode
und Hauptanode ist. Die Entladungsoberflächen aller Elektroden sind aus reinem Metall.
Die Entladungsstromspannungscharakteristik der Hilfsentladungsstrecke soll so sein,
daß sie als Zündstrecke für die Entladung in der Hauptstrecke dient und während
dem folgenden Betrieb die Lage der Kathodenglimmhaut stabilisiert.
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Eine Ausführungsform der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die
Zeichnung beschrieben. Diese zeigt im Querschnitt eine gasgefüllte Entladungsröhre
mit ungeheizter (kalter) Kathode gemäß der Erfindung und den daran angeschlossenen
Stromkreis.
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Die Elektroden einer dieser Ausführungsform der Erfindung entsprechenden
Stabilisatorröhre sind im Innern eines Glaskolbens i untergebracht, wie er für kleine
Radioröhren gebraucht wird. Das Elektrodensvstem besteht aus einem Paar Glimmerplatten
2 und 3, auf welchen eine Anode 4 bzw. eine Kathode 5 aus reinem Nickel befestigt
sind. Die Anode 4 wird aus einem Materialstreifen gebildet, der so gebogen ist,
daß er durch Öffnungen in der Platte 2 hindurchtritt; die Enden des Streifens sind
verklammert, wie bei 6 und 7 gezeigt. Die Kathode 5 ist an einem Streifen 8 angeschweißt,
der auf ähnliche Weise auf der Glimmerplatte 3 befestigt ist wie die Anode auf Platte
2. Auf diese Weise entsteht ein kleiner Abstand zwischen den hinteren Kanten der
Kathode und der Glimmerplatte 3, dessen Länge kürzer sein soll als die des Kathodenfalles
während einer normalen Entladung zwischen Kathode 5 und Anode 4. Er hindert so die
Entladung, sich rund um die Kanten der Kathode herum auszubreiten und vermeidet
auch ein falsches Arbeiten der Röhre, das davon herrührt, daß sich durch Kathodenzerstäubung
etwas vom Material der Kathode auf der Glimmerplatte 3 niederschlägt. Ferner ist
eine Hilfselektrode 9 an der Glimmerplatte 3 befestigt und so geformt, daß sie einen
kastenförmigen Raum um das Ende der Kathode herum abgrenzt. Die Glimmerplatten 2
und 3 werden durch zwei Paar Stifte io und i i zusammengehalten, die mit den Platten
vernietet sind. Das Elektrodensystem wird von den Stäben 12 und 13 getragen, welche
einerseits mit der Rückseite der Anode .4 bzw. der Hilfselektrode 9 und andererseits
mit den dazugehörigen Stiften 14 bzw. 15 verschweißt sind, die in den Fuß des Glaskolbens
eingeschmolzen sind. Der Stift 16 ist, wie gezeigt, mit der Kathode 5 verbunden.
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Um eine stabilisierte elektromotorische Kraft zu erzeugen, wird im
Betrieb der negative Pol der Energiequelle 17 mit dem Kathodenstift 16 und der Ausgangsklemme
18 verbunden. Der positive Pol der Stromquelle liegt, wie gezeichnet, über einen
dazwischengeschalteten Strombegrenzungswider-°stand i9 an dem Anodenstift 14. Der
zur Hilfselektrode 9 gehörende Stift 15 wird direkt mit dem Anodenstift 14 verbunden,
und ein Potentiometer 2o wird zwischen Kathode und Anode eingeschaltet. Die stabilisierte
EMK wird von den Klemmen 18 und 21 abgenommen, welche mit dem Kathodenstift bzw.
mit dem Schleifkontakt des Potentiometers 2o verbunden sind. Wird eine Stromquelle
mit konstanter Spannung (statt konstanter EMK) gefordert, so ist das Potentiometer
20 überflüssig. Dann kann die Klemme 21 direkt mit dem Anodenstift 14 verbunden
sein.
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Die Hilfselektrode 9 bildet nicht nur eine Zündstrecke für die Röhre,
sondern während des folgenden Betriebes bewirkt die weiter bestehenbleibende Entladung
zwischen Kathode 5 und Hilfselektrode 9, daß für alle Stromwerte der Hauptentladungsstrecke
innerhalb des Bestimmungsbereiches das Kathodenglimmlicht vom Rande der Hilfselektrode
an beständig und infolgedessen nicht imstande ist, seine Lage in beobachtbarem Ausmaß
zu ändern.
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Eine typische Röhre der oben beschriebenen Art hat folgende Abmessungen:
Hauptentladungsstrecke Anode 4-Kathode 5: 3,0 mm; Hilfsentladungsstrecke
Hilfselektrode 9-Kathode 5: 0,3 mm; Gasfüllung: Wasserstoff bei 15 mm Druck.
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Bei diesen Abmessungen schwankt die Zündspannung von Röhre zu Röhre
zwischen 375 und 400 V. Die Röhre verursacht einen Entladungsstrom über das Potentiometer
2o von 2 bis 4 mA. Der Schleifkontakt des Potentiometers 2o wird so eingestellt,
daß die gewünschte EMK zwischen den Klemmen 18 und 21 erscheint. Für einen gegebenen
Stromwert innerhalb des oben bezeichneten Bereiches variiert die Klemmspannung am
Potentiometer
2o von Röhre zu Röhre bei einem Nominalwert von 3
12 V um nicht mehr als ± 5 V. In einer einzelnen Röhre ändert sich nach der Alterung
die Spannung am Potentiometer 2o um nicht mehr als i V bei beliebigem Strom innerhalb
des erwähnten Bereiches.
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Die Grundgedanken der Erfindung sind zwar in Verbindung mit einer
speziellen Ausführungsform und ihren Besonderheiten beschrieben worden; Diese Beschreibung
soll jedoch nur als Beispiel dienen und den Ausführungs- und Anwendungsbereich der
Erfindung nicht begrenzen.