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Gasentladungsröhre mit kalter Kathode Die Erfindung bezieht sich auf
eine Gasentladungsröhre mit kalter Kathode, bei welcher der Strom zwischen der Hauptkathode
und der Anode durch Anlegen von Spannungen an eine oder mehrere Hilfseliektroden
gesteuert wird. Es ist bekannt, daß diese Röhren eine Anode, eine Kathode und ein
Steuergitter haben, das kein Gitter in mechanischem Sinne zu sein braucht, und daB
Ionisierung im Gitter-Kathoden-Raum zur Ionisierung im Anoden-Kathoden-Raum führt.
Der Aufschwung, den Schaltungsanordnungen mit solchen Röhren, z. B. zum Zählen und
zum Schalten, genommen haben, macht es jedoch notwendig, die Kennlinien und insbesondere
die Konstanz der Kennlinien während der Lebensdauer einer Röhre sowie die Gleichförmigkeit
der Kennlinien der Röhren untereinander zu verbessern.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt, eine Gasentladungsröhre mit kalter
Kathode mit in vorstehendem Sinne verbesserten Kennlinien zu schaffen.
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Die Erfindung geht aus von einer Gasentladungsröhre mit kalter Kathode
und einer von der Hauptentladung abgeschirmten Hilfsentladung, welche Röhre eine
Hauptanode, eine Hauptkathode, eine Steuerelektrode und eine Zündelektrode enthält,
zwischen welchen zwei letzten Elektroden eine Hilfsentladung aufrechterhalten werden
kann in einem Raum, der völlig von der Hauptanoden-Hauptkathoden-Entladungsbahn
getrennt ist.
Gemäß der Erfindung biildet die Hauptkathode den Schirm,
und die Hilfsentladung erstreckt sich während einer Übergangsperiode.durch eine
Öffnung in der Hauptkathode und kann durch Erhöhung des Spannungsunterschiedes zwischen
Steuerelektrode und Übergangskathode entlang der Übergangskathode bis zur Hauptentladungsbahn
ausgebreitet werden, so daß die Hauptentladung zündet.
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Bei einer gewissen Ausführungsform der Erfindung, bei der diese Bauart
angewendet wird, ist die Hauptkathode zylindrisch und mit ihrer Achse gegen die
Anode gerichtet angebracht, und sie ist an dem der Anode zugewendeten Ende durch
eine kreisförmige Scheibe mit einer Öffnung verschlossen.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform besteht die .ähnlich wie bei der
zuletzt beschriebenen Ausführungsform als Schirm wirkende Kathode aus drei ebenen
Flächen, und zwar einer der Anode zugewendeten, mit einer Öffnung versehenen Stirnfläche
sowie zwei Seitenflächen, die derart rückwärts verlaufen, daß sie das Gebiet der
Entladung zwischen der Zündkathode und dem Gitter umfassen. Bei dieser Bauart kann
die Kathode aus dünnem Metallblech oder auch aus feinem Metallgewebe hergestellt
sein.
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Eine solche Gasentladungsröhre hat vor den bekannten Arten den Vorzug
einer niedrigeren und einheitlicheren »Gitter«-Zündspannung, weil letztere praktisch
der Gitterbrennspannung entspricht, und bekanntlich ist die Brennspannung einer
Entladung zwischen zwei Elektroden in einem Gas unter niedrigem Druck während der
Lebensdauer einer Röhre verhältnismäßig konstant und auch bei mehreren Röhren derselben
Art weniger verschieden.
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Die Herabsetzung der Gitterzündspannung bedingt weiter eine Vergrößerung
des Verhältnisses zwischen der Ausgangsspannungsdifferenz der Röhre, d. h. der Differenz
zwischen der maximalen Anodenspannung und der Anodenbrennspannung, bei der ohne
Gitterspannung noch keine Zündung eintritt, und der Gitterzündspannung.
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Außerdem nimmt die Ionisierungszeit der Röhre gegenüber jeher der
Röhren bekannter Art ab, da die Zündung der Röhre die Erweiterung einer schon bestehenden
Glimmlichtentladüng mit sich bringt, was an sich schneller erfolgt als die Einleitung
einer neuen Entladung.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise
näher erläutert, in der zwei Ausführungsformen einer Gasentladungsröhre nach der
Erfindung dargestellt sind.
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Fig. i ist ein schematischer Querschnitt durch eine einfache Ausführungsform
einer Gasentladungsröhre mit einer zylindrischen, auch als Schirm wirkenden Hauptkathode;
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch eine Gasentladungsröhre, deren Kathode auch
als Schirm wirksam ist und drei ebene Flächen hat, und Fig. 3 ist eine schaubildliche
Darstellung der Hilfselektroden der in Fig.2 dargestellten Röhre, wobei die Hauptkathode
von der Rückseite betrachtet wird.
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Die Röhre der Fig. i hat eine stabförmige Anode i und eine zylindrische
Hauptkathode 2 mit einem Durchmesser von 1.5 cm und einer Länge von 1,5 cm, die
in einer gasgefüllten Hülle 3 untergebracht sind. Die Hauptkathode 2 ist mit der
Achse der Anode i zugewendet, von der sie einen Abstand von 1,8 cm hat. An dem der
Anode zugewendeten Ende ist die Kathode durch eine kreisförmige, mit einer in der
Achse der Elektrode liegenden 'Öffnung 5 von 2 mm Durchmesser versehene Scheibe
4. verschlossen. Eine Übergangskathode 6 ist in der Achse der Kathode 2 angeordnet
und reicht von der Außenseite (Hauptentladungsbahn ) her durch die Öffnung 5 hindurch
nach innen (Hilfsentladungsbalin). Außerhalb der Hauptkathode 2 ist die Übergangskathode
6 in rechtem Winkel zur Kathodenachse abgebogen und dann, mittels einer Einschmelzung
in der Glashülle 3 durch die Röhrenwand nach außen geführt. In der Achse der Kathode
ist in einer Entfernung von 2 mm von dem inneren Ende der Übergangskathode 6 und
in einer Entfernung von 7 mm von der Öffnung 5 in der Hauptkathode eine Zündkathode
7 angebracht. Ein Steuerstift 8 (»Steuergitter«), der senkrecht zu der Achse der
Kathode steht, hat am Ende einen Abstand von 2 mm von den Enden der Übergangskathode
6 und der Zündkathode 7 und ist annähernd auf halbem Wege zwischen ihnen angeordnet.
Alle Elektroden sind aus Molybdän, und die Gasfüllung, die. zu 99% aus Neon und
zu i "/o aus Argon besteht, hat einen Druck von 2o mm Oueclcsilbersäure. Die Hauptkathode
2 wird von einem durch die Hülle 3 der Röhre geführten starren Draht 9 getragen,
der den elektrischen Anschluß für die Kathode bildet.
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Bei der Herstellung der Röhre wird ein bekanntes Zerstäubungsverfahren
durchgeführt, bei dem ein starleer Entladungsstrom wechselweise zwischen den verschiedenen
Elektroden geführt wird, so daß ein Teil der Oberfläche der Elektroden zerstäubt
wird und sich an der Glashülle absetzt. Dies dient zum Reinigen der Oberfläche der
Elektroden und zum. Läutern des Gases. Die auf der Glashülle abgelagerte Schicht
dient auch dem Festhalten von Verunreinigungen in den Poren der Glashülle.
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Die Anode der Röhre ist über einen Widerstand an eine Quelle positiver
Spannung angeschlossen, und die Hauptkathode und die Übergangskathode werden miteinander
verbunden und geerdet. Die Zündkathode wird über einen Widerstand an eine Quelle
negativer Spannung von annähernd ioo V und das Steuergitter über einen Widerstand
an eine Gittersteuerspannungsquelle angeschlossen.
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Beim Betrieb der Röhre wird die Hilfsentladung in der Weise gezündet,
daß die Gitterspannung auf annähernd 5o V positiv gegen die Kathode erhöht wird,
worauf Ionisierung zwischen dem Gitter und der Zündkathode erfolgt und eine Hilfsentladung
zwischen diesen beiden Elektroden übergeht. Diese Hilfsentladung wird durch den
Widerstand, der
die Zündkathode mit der Quelle negativer Spannung
verbindet, auf wenige Mikroampere Strom beschränkt und übt keinen Einfluß auf die
Bedingungen in dem Hauptentladungsraum zwischen der Anode und der Kathode aus wegen
des zwischenliegenden, von der Hauptkathode gebildeten Schirms. Die Hilfsentladung
übt jedoch einen steuernden Einfluß auf die Bedingungen in dem von der Hauptkathode
umschlossenen Raum aus, wo insbesondere der Wert der Durchschlagsspannung zwischen
dem Steuergitter und der Übergangskathode infolge der Nähe der Hilfsentladung auf
die Brennspannung zwischen diesen beiden Elektroden herabgesetzt wird. Wird somit
Gitterspannung von dem erwähnten Anfangswert von annähernd 5o V auf einen Wert von
annähernd 9o V, d. h. die Zündspannung zwischen dem Gitter und der Übergangskathode,
erhöht, so wird sich die Hilfsentladung, die bis auf diesen Augenblick ausschließlich
zwischen dem Gitter und der Zündkathode verlaufen war, über die Übergangskathode
erweitern und sich auf diese Weise durch die öffnung in der Hauptkathode hindurch
bis in das Gebiet der Hauptentladungsbahn erstrecken. Wenn der leitende Rand der
sich über die Übergangskathode vorbewegenden Hilfsentladung durch die Oftnung in
der Hauptkathode hindurchtr.itt, wird die Hilfsentladung dem Einfluß des Anoden-Kathoden-Feldes
ausgesetzt, so daß Ionisierung zwischen der Anode und der Übergangskathode eintritt,
wodurch sogleich Icriisierung zwischen der Anode und der Hauptkathode herbeigeführt
wird.
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Es ist ersichtlich, daß die beschriebene Reihenfolge der Betriebsvorgänge
der Röhre nach der Erfindung durch das Vorhandensein des Schirms, beim vorbeschriebenen
Beispiel der Hauptkathode. selbst, wodurch das Gebiet der Hauptentladung und das
Geb'=_et der Hilfsentladung voneinander getrennt werden, sowie durch die Anordnung
einer übergangselektrode ermöglicht wird, die sich von dem Hilfsentladungsgebiet
in das Hauptentladungsgebiet erstreckt. Ohne die Trennung zwischen diesen beiden
Gebieten würde die Hilfsentladung, welche die Durchschlagsspannung zwischen dem
Gitter und der Übergangskathode herabsetzt, auch die Durchschlagsspannung zwischen
der Anode und der Übergangskathode herabsetzen und auf diese Weise die Hauptentladung
einleiten.
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Es ist ferner ersichtlich, daß die beschriebene Wirkungsweise der
Röhre nicht von der Trennung zwischen Hauptkathode und der Übergangskathode abhängig
ist, da diese beiden Elektroden bei, der beschriebenen Schaltungsanordnung miteinander
verbunden sind. Sollen jedoch eine Anzahl dieser Röhren zusammen angewendet werden,
so wird es Schaltungsanordnungen geben, bei denen das Anlegen unterschiedlicher
Spannungen an diese beiden Elektroden praktische Vorteile bietet. Die Zündung der
beschriebenen Röhre ist von der Herstellung einer gewissen Spannungsdifferenz zwischen
dem Gitter und der Übergangskathode abhängig, ungeachtet der Spannung zwischen dem
Gitter und der Übergangskathode, und es ist daher möglich, die Röhre durch Anlegen
-eines negativen Impulses an die Übergangskathode zu zünden,. wobei die Spannungen
des Gitters und der Hauptkathode konstant bleiben.
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Außerdem kann die Zündkathode als eine Sperrelektrode verwendet werden,
da, außer wenn die geeignete negative Spannung an die Zündkathode angelegt wird,
die Röhre nicht durch die übliche Betriebsspannungsdifferenz zwischen dem Gitter
und der Übergangskathode gezündet werden kann. Diese Einzelheit ermöglicht die Anwendung
von Röhren nach der Erfindung in elektronischen Zähl-und Umschalteinrichtungen.
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Die andere, in Fig. 2 und 3 dargestellte.-Ausführungsform der Röhre,
bei der die gleiche-i-lz Elektroden mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. i
bezeichnet sind, hat einen Sockel io aus gepreßtem Glas, durch den acht Zuleitungsdrähte
hindurchgeführt sind. Fünf der Zuleitungsdrähte sind in der Zeichnung dargestellt
und mit i i bis 15 bezeichnet und kommen vor in denn in Fig. 2 dargestellten Schnitt.
Diese Zuleitungsdrähte sind außen als Kontaktstifte für die Röhre und inneä als
Halter für das Elektrodensvstem wiri_sant. dem Lampenfuß io ist durch Gi_asstumpfschwci°n
eine zvlindrische Hülle 3 verbunden, und mit dem Einführungsdraht i i ist durch
Schweißen eine st=;liförmige Anode i verbunden, die sich parallel zu der Achse der
Hülle 3 in arnäbernd der halben L ä ge derselben erstreckt und darauf derart :unter
rechtem Winkel abgebogen ist, daß sie der Mitte einer kreisförmigen Öffnung 5 in
der Stirnseite der Hauptkathode 2 zugewendet ist. Die Hauptkathode 2 wird von starren
Drähten 9 und dies=-wiederum von den Zuleitungsdrähten getragen. Auf diese Weise
ist, wie dies in Fig. -2 dargestellt ist. einer dieser Haltedrähte mit denn Einführungsdraht
1.4 verbunden. Die Hauptkatho<@ 2 ist auch als Schirm der Röhre wirksam und 1--a@
zwei Seitenflächen, die sich gegenüber der Anode i rückwärts erstrecken und das
Gebiet der jetzt zu bescbreibe=iden Hilfselektroden umschließen. Diesen Elektroden
gehört eine Zündkathode 7 an, die von d-trz Einführungsdraht 15 getragen wird und
sich parallel zu der Achse der Hülle bis zu der gleichet, Höhe wie die Anode i erhebt,
auf welcher Höhe sie unter rechtem Winkel abgebogen ist, wobei das Ende in Form
einer Schleife 6 ausgestaltet ist, die der Öffnung 5 gegenüber angeordnet ist. Der
Einführungsdraht 13 trägt eine L'1>er" a,igskathode 6, die annähernd in der Achse
der I-ülle 3 liegt und sich bis zu der Höhe der Öffnung 5 erhebt, wo sie unter rechtem
Winkel abgebogen ist und sowohl durch die Öffnung 5 als auch durch die Schleife
16 der Zündkathode 7 hindurchreicht. Ein hinter rler Kathode 2 angeordnetes Steuergitter
8 wird vorn einem der in Fig. 2 nicht dargestellten Einführungsdrähte getragen und
erstreckt sich, wie dies besonders aus Fig. 3 ersichtlich ist, bis- in die Nähe
der Schleife 16 der Zündkathode 7.
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Bei dieser Ausführungsform hat die Kathode :2 eine Weite von io mm,
und ihre Seiten ragen um io mm rückwärts; die ganze Elektrode ist 50 mm
hoch.
In der Stirnseite ist in der Mittellinie dieser Fläche eine kreisförmige öffnung
5 mit einem Durchmesser von 2 mnr in einer Entfernung von 2o mm von dem oberen Rand
und 30 mm von dem unteren Rand vorgesehen. Die Zündkathode 7 ist ein Molybdänstab
mit einem Durchmesser von o,5 mm, der aus dem Sockel emporragt, sich in einer Entfernung
von annähernd io mm von der Rückseite der Kathode gegenäber dieser Rückseite abbiegt,
bis er annähernd 5 mm Abstand von ihr hat, und dann in Form einer Schleife 16 mit
einem Durchmesser von 2 mm ausgestaltet ist, gemessen von der Mitte des Drahtes,
d. h. daß der gebildete Ring einen lichten Durchmesser von 1,5 mm hat. Die Übergangskathode
6 ist ein Molybdänstab mit einem Durchmesser von o,5 mm. Der Spielraum zwischen
der Übergangskathode 6 und der Vorderfläche der Kathode 2 ist klein, aber nicht
kritisch. Das Gitter 8 ist ein Molybdänstab mit einem Durchmesser von o,5 mm, der
sich in einer Entfernung von 5 mm von der Stirnseite und den Seiten der Kathode
erhebt. Zwischen den Enden des Gitters 6 und dem Umfang der Schleife 16 verbleibt
ein Abstand von 2 mm. Die Hauptanode i ist auch ein Molybdänstab mit einem Durchmesser
von o,5 mm, und der Abstand der. Stirnseite der Kathode 2 von dem Gipfel der Anode
i beträgt annähernd 18 mm. Die Hülle 3 ist mit einer Gasfüllung aus 99 °/o Neon
und 10/9 Argon unter einem Druck von 2o mm Quecksilbersäule gefüllt.
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Die Kathode 2 kann aus dünnem Molybdänblech oder aus feinem Molybdängewebe
hergestellt sein. Die Schaltung für die Ausführungsformen der Fig. 2 und 3 ist die
gleiche wie die für die Ausführungsform der Fig. i beschriebene; auch ist die Art
des Betriebes die gleiche.