Vorrichtung zur Verstärkung von Photoströmen. Photoelektrische Zellen werden in der Regel in Verbindung mit Verstärkereinrich- tungen verwendet. Dabei wird gewöhnlich in den Ausgangskreis der Photozelle ein Wider stand geschaltet, der so gross sein muss, dass durch die kleinen Photoströme in diesem Widerstand ein zur Beeinflussung der Gitter spannung der Verstärkerröhre ausreichender Spannungsunterschied erzeugt wird. Dieser hohe Widerstand erschwert im allgemeinen die Erreichung einer Kopplung mit hoher Nutzwirkung zwischen der Photozelle und dem Verstärker.
Zur Vereinfachung der Verstärkung photoelektrischer Ströme hat man die Photo zelle und die Verstärkerröhre bereits kom biniert und in einer einzigen Röhre unterge bracht, wobei die Photokathode mit dem Steuergitter des Verstärkers und die Anode der Photozelle mit der Anode des Verstärkers verbunden werden. Diese Kombination ergab aber keinen vollständigen Erfolg. Der Auf bau der Kombination ist ziemlich verwickelt und es ist eine Abschirmung zwischen dem photoelektrischen Teil und dem Verstärker teil erforderlich. Auch kann sinngemäss nur eine Hochvakuumzelle Anwendung finden.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vor richtung für die Verstärkung von Photo strömen und bezweckt, auf einfache Weise eine gute Verstärkung zu erhalten. In der Vorrichtung gemäss der Erfindung wird eine gasgefüllte, elektrische Entladungsröhre ver wendet, die eine Glühkathode, eine Photo kathode und eine zwischen diesen Kathoden angeordnete, gitterartige Anode enthält. Un ter einer gitterartigen Anode ist hier eine Anode zu verstehen, die mit einer grossen An zahl Öffnungen versehen und zum Beispiel aus einem auf einem oder mehreren Stütz organen befestigten Draht oder aus einer mit einer grossen Anzahl Öffnungen versehenen Platte besteht.
Gemäss der Erfindung wird die Spannung zwischen der Glühkathode und der Anode (die Anode ist selbstverständlich positiv in bezug auf die Kathode) derart bemessen, dass zwischen diesen Elektroden ein durch Raum ladung beschränkter Strom fliesst, wozu die Spannung kleiner als die Ionisationsspannung der Gasfüllung gewählt werden muss. Der Druck dieser Gasfüllung ist zweckmässig ge ring und kann von der bei gasgefüllten Photozellen üblichen Grössenordnung, zum Beispiel 100 bis 125 Mikro IIg sein.
Gleich zeitig wird die Spannung zwischen, der Photokathode und der Anode derart be messen, dass die durch Belichtung der Photo kathode erzeugten Photoströme eine Ionisa tion der Gasfüllung herbeiführen. Die Span nung zwischen der Photokathode und der Anode muss dazu grösser als die Ionisations- spannung der Gasfüllung gemacht werden.
Unter diesen Umständen verursacht eine kleine Änderung der Emission der Photo kathode eine grosse Änderung des Stromes zwischen der Glühkathode und der Anode. Solange die Photokathode nicht belichtet wird, erfolgt keine Ionisation des Gases und wird der Strom zwischen der Glühkathode und der Anode durch Raumladung be schränkt. Wenn nun Licht auf die Photo kathode fällt, fliesst ein Photostrom von der Photokathode zu der Anode, wobei eine Ioni sation des Gases stattfindet. Das Mass der Ionisation ist dabei von der Grösse des Photo stromes abhängig.
Die meisten Ionen ent stehen in der Nähe der Anode, wo die Ge schwindigkeit der Photelektronen am .grössten ist. Die positiven Ionen neutralisieren teil weise die Raumladungen in der Nähe der Glühkathode. Infolgedessen nimmt der Strom zwischen der Glühkathode und der Anode zu, wodurch eine grosse Verstärkung des Photo stromes erhalten wird.
Die Zeichnung veranschaulicht den Gegen stand der Erfindung beispielsweise. Fig. 1 und 2 stellen zwei Entladungsröhren dar, die in der Vorrichtung nach der Erfindung An wendung finden können, während die Fig. ä und 4 Schaltbilder zweier erfindungsgemässer Vorrichtungen sind. In Fig. 5 ist das Ver hältnis zwischen dem Photostrom und dem Strom zwischen der Glühkathode und der Anode angegeben.
Die in Fig. 1 dargestellte Entladungs röhre enthält eine thermionische Kathode 1, die zum Beispiel aus einem V-förmigen, mit Oxyd, zum Beispiel Barium- und Strontium- oxyd, überzogenen Draht besteht. Die Emis sion dieser Kathode soll hinreichend sein, um eine Begrenzung des Stromes durch Raum ladungen zu ermöglichen. Die Anode 2 um gibt die Kathode 1 und ist entsprechend den üblichen Gittern von Verstärkerröhren herge stellt.
Die Anode besteht nämlich aus einem auf zwei Stützstäbe gewundenen Metalldraht. Die Elektrode 2 ist von einer zylindrischen Photokathode 3 umgeben, die mit einer gro ssen Anzahl Öffnungen 4 versehen ist, die so gross sind, dass das elektrostatische Feld in den Öffnungen die an der Aussenoberfläche der Photokathode emittierten Elektronen nicht verhindert, durch die Öffnungen einzu treten. Die Photokathode ist in bekannter Weise mit einer zum Beispiel aus Cä.sium- oxyd-Cäsium #bastehenden photoelektrischen Schicht versehen. Die Poldrähte der Glüh kathode sind mit 5 und 6, die der Anode mit 7 und 8, und die der Photokathode mit 9 und 10 bezeichnet.
Sämtliche Poldrähte sind in der Quetschstelle 11 befestigt. Der Glas kolben ist mit 12 bezeichnet. Die Röhre ent hält Gas unter geringem Druck, zum Beispiel Argon unter einem Druck von 100 bis 125 Mikron.
Für sehr genaue Messungen kann eine Entladungsröhre nach Fig. 2 verwendet wer den, in der Massnahmen getroffen sind, um zu verhindern, dass durch die Glühkathode ausgesandtes Licht die Photokathode beein flusst. Diese Röhre enthält eine aus einem geraden Draht bestehende Glühkathode 1, die von der gitterförmigen Anode 2 umgeben ist.
Die Photokathode .3 besteht aus einer flachen Platte, die mit einer photoelektrischen Schicht bedeckt und derart angeordnet ist, dass die Glühkathode in der gleichen Ebene wie die Photokathode liegt, so dass nur der der Glüh- kathode zugekehrte Rand der Photokathode den von der Glühkathode ausgehenden Strah- len ausgesetzt ist. Abschirmung dieses Ran des kann ferner mittelst eines schmalen Schirmes 13 erhalten werden, der an den Ringen 14 der Anode befestigt ist.
Die Photo kathode befindet sich im Schatten, den die ser Schirm bei Belichtung durch die Glüh- kathode wirft. Auf diese Weise wird die Photokathode ausschliesslich durch das be wusst auf die Photokathode geworfene Licht beeinflusst.
In der in Fig. 3 schematisch dargestellten Vorrichtung wird die thermionische Kathode durch die Batterie 15 gespeist, die eine Span nung von 1"5 Volt hat. Die Anode 2 wird in bezug auf die Kathode 1 durch die Batterie 16 auf einer positiven Spannung von 6 V gehalten, während die Photokathode mittelst der Batterie 17 von 45 V sowohl in bezug auf die Anode 2, als auch in bezug auf die Kathode 1 negativ gemacht ist. Zwischen die Batterie 16 und ,die Anode 2 ist das Relais 18 geschaltet. Wenn kein Licht auf die Photo kathode auftrifft, so wird die Röhre nicht von Photostrom, sondern nur von einem ge ringen Elektronenstrom zwischen der Glüh kathode und der Anode durchflossen.
Dieser Strom wird durch Raumladungen begrenzt und ist nicht imstande, das Relais 18 zu er regen. Wenn dagegen die Photokathode be lichtet wird, so emittiert diese Kathode Elek tronen, die sich in Richtung der Anode 2 und der Glühkathode 1 bewegen, die beide positiv in bezug auf die Photokathode sind.. Die Spannung zwischen der Anode und der Photokathode ist erheblich grösser, als die Ionisationsspannung des Gases, so dass die Photoelektronen das Gas ionisieren und posi tive Ionen erzeugen. Die Anzahl positiver Ionen ist von der Anzahl der durch die Photokathode emittierten Elektronen ab hängig.
Diese positiven Ionen neutralisieren einen Teil der Elektronenraumladung zwi schen der Kathode 1 und der Anode \?. Ein verhältnismässig kleiner, von der Photo kathode 3 ausgehender Photostrom erzeugt eine hinreichende Menge Ionen, um die Raumladung wesentlich zu beinflussen und Infolgedessen eine verhältnismässig grosse Änderung des Elektronenstromes zwischen der Glühkathode 1 und der Anode 2 herbei zuführen, der dann imstande ist, das Relais 18 zu erregen.
Zn der Vorrichtung nach Fig. 4, die zum Beispiel in Fernsehapparaten oder Apparaten zur Bildübertragung Anwendung finden kann, ist zwischen die Batterie 17 und die Anode 2 die Primärwicklung 19 eines Kopp lungstransformators geschaltet, wobei die Spannung der mit 16 bezeichneten Batterie 15 V beträgt. Die Ausgangsimpedanz .der Entladungsröhre ist verhältnismässig klein, so dass die Impedanz des Transformators ge ring ist und nicht grösser als 2000 Ohm zu sein braucht.
Ein solcher Transformator ist billiger und weniger empfindlich gegen Stö rungen, als der Transformator mit hoher Impedanz, der für die auf bekannte Weise mit Verstärkerröhren gekoppelten Photozellen erforderlich ist.
Fig. 5 zeigt eine Kurve 20, die der- Elek tronenstrom zwischen der Glühkathode und der Anode als Funktion des Photostromes an gibt. Der erstgenannte Strom ist als Ordinate und in Milliampere ausgedrückt, während der Photostrom auf der Abszissenachse ange geben und in Mikroampere ausgedrückt ist. Im dargestellten Fall korrespondiert ein Photostrom von 1 Mikroampere mit einem Elektronenstrom zwischen der Glühkathode und der Anode von etwa ,3 Milliampere. Eine Zunahme des Photostromes bis 3 Mikro- amperes verursacht eine Zunahme des Elek tronenstromes bis 4,2 Milliampere.