Schaltungsanordnung mit einer gasgefüllten Kaltkathoden-Folgeentladungaröhre. Die vorliegende Erfindung- betrifft eine Selialttizi--saziordnung mit einer gasgefüllten Kaltkatlioden-Folgeentladungsröhre, welche eine Reilie von getrennten Entladungsstrecken aufweist.
Es ist ein besonderes Merkmal von Kalt- kathoden-Entladungsröhren mit Gasfüllung, dass die zur Einleitung der Entladung zwi schen zwei Elektroden benötigte Spannung von der Art und dein Druck des Gases, seinem Ionisationszustand, der Form und dem Mate rial der Elektroden und dem Abstand zwi schen diesen, das heisst der Länge der Ent ladungsstrecke, abhängig ist. Bei niederen Spannungen zwischen den Elektroden fliesst ein vernaehlässigbar kleiner Strom, wenn das Gas ursprünglich nicht ionisiert ist.
Bei Er höhung der Spannung tritt bei Erreichen eines kritischen Spannungswertes Stossionisa tion ein, wobei die Stromstärke plötzlich von Mikroampere bis zii Miniampere ansteigen kann. Diese Spannung wird die Durchschlag- oder Zündspannung der Entladungsstrecke ge nannt. Die Entladung ist von den bekannten Leuchterscheinungen begleitet. Wenn die Ent ladung einmal eingetreten ist, hat die Span nung zwischen den Elektroden das Bestreben kleiner und weitgehend unabhängig vom Ent- ladestrom zu werden.
Diese annähernd kon stante Spannung wird als Brennspannung, das heisst als zur Aufrechterhaltung der Ent ladung erforderliche Spannung, bezeichnet. So kann beispielsweise bei den. üblichen Neon- röhren, die als Spannungsregler und der gleichen verwendet werden, die Zündspan- nung ungefähr 100 Volt oder mehr betragen, während die Brennspannung das Bestreben hat, ungefähr bei 80 Volt konstant zu bleiben.
Die in der Entladungsstrecke vorhandenen Ladungsträger (Ionen und Elektronen) haben das Bestreben, aus dem der Entladung un mittelbar benachbarten Gebiet fortzuwandern. Diese Erscheinung wurde bereits dazu ver wendet, die Zündspannung einer weiteren im Bleiehen Entladungsgefäss befindlichen Entladungsstrecke herabzusetzen. In einer be kannten Vorrichtung ist eine Hauptentla- dungsstreeke zwischen einer Hauptanode und der Kathode und eine Start- oder Auslöse entladungsstrecke zwischen einer Hilfsanode und der erwähnten Kathode vorgesehen.
Die Hilfsanode ist viel näher an der Kathode an geordnet als die Hauptanode, so dass die an fängliche Zündspannung der Startstrecke be trächtlich unterhalb derjenigen der Haupt strecke liegt. Die Startstrecke wird dazu ver wendet, die Zündspannung der Hauptstrecke herabzusetzen.
Es ist bekannt, dass beim Anlegen der Zündspannung an eine Entladungsstrecke die Ionisation in einer sehr kurzen in der Grössen ordnung von Mikrosekunden liegenden Zeit erfolgt, während bei Abschaltung der Span nung von der Entladungsstrecke die Entioni- sierung erst nach Ablauf einer wesentlich grö- sseren in der Grössenordnung bis zu Milli- sekunden liegenden Zeit beendet ist.
Im Schweizerpatent Nr. ?71240 wird die Erscheinung der Ionisationskopplung dazu verwendet, eine Kaltkathoden-Entladungs- röhre zu schaffen, welehe eine geordnete Reihe von Entladinigsstreeken aufweist und in wel- eher die Startstreeke so bemessen ist, dass sie eine geringere Zündspannung aufweist als die übrigen Strecken, so dass eine sich wieder holende Spannung, die der Reihe nach an jede Strecke oder an alle Strecken zugleich angelegt wird,
zuerst die Startstrecke und dann die übrigen Strecken in der vorgesehrie- benen Reihenfolge zündet. Infolge der end- liehen Entionisierungszeit ist es nicht nötig, dass sieh eine (die Entladung in einer andern Strecke) vorbereitende Strecke gleichzeitig mit der Anlegung der sich wiederholenden Spannung an eine benachbarte Strecke im Entladungszustand befindet.
So kann eine solche Folgeentladungsröhre durch eine Impulsreihe betätigt werden, die an eine gemeinsame, draht- oder plattenförmig aus gebildete Anode und an eine Reihe von Ka thoden angelegt wird, die unabhängig vonein ander montiert sind oder die der Anode zu gekehrten Spitzen eines gewellten Bleches bil den oder auch die Form von Stäben aufweisen können, die auf einer gemeinsamen Platte oder einem gemeinsamen Draht wie die Zähne eines Kammes montiert sind. Dabei ist die Länge einer Entladungsstreeke, gewöhnlich der ersten, kleiner als die Länge der übrigen Entladungsstrecken.
In einer derartigen Röhre kann die erste Entladungsstrecke, das heisst die Startstrecke, durch den ersten Impuls ge zündet werden, während der zweite Impuls die Startstrecke wieder zündet und dazu gleichzeitig die nächste benachbarte Ent ladungsstrecke. Der dritte Impuls zündet die ersten drei Entladungsstrecken usw. Wenn anderseits an die Entladungsstrecke eine die Brennspannung aufweisende Batterie an geschlossen wird, so bleibt jede Entladungs strecke im Entladungszustand, sobald sie ein mal. gezündet ist.
Eine der Schwierigkeiten, die sich bei der Verwendung von Folgeentlaelungsröhren, die mit einer den Entlaclun@@,sziistand aufrecht erhaltenden Batterie betrieben wer(len, ge zeigt hat, besteht darin, (1a1 ) bei starker Ioni- sationskopplung zwischen den l#',ntlaclungs- strecken und wenn dieselbe vors)
Abstand zwi- sehen den 1@ntladungsstrechen und den durch die Entladungsstreel,:Pn fliessenden Strom ab hängig ist, eine Neigung vorhanden ist, dass eine Entladungsstrecke automatisch zündet bevor der Impuls, der die Entladung- in die ser Strecke einleiten sollte, ankommt.. Es hat sich gezeigt., dass es prinzipiell möglich ist, die Zündspannung bis unter die Brennspannung herabzusetzen.
Es ist klar, dass sieh die Ionisa tion von einer Entladungsstrecke zu einer andern mit. einer endlichen Geschwindigkeit ausbreitet, und die Anmelderun hat festgestellt, da.ss diese Geschwindigkeit genügend konstant und feststellbar ist, so dass sich die Möglich keit ergibt, die aufeinanderfolgenden Ent ladungsstrecken in solchen Abständen anzu ordnen, dass die 1,#'ntladungsstreeken nachein ander in bestimmten. zeitlichen Abständen zünden, ohne dass für jede Entladungsstrecke ein besonderer Impuls zugeführt werden muss. In der erfindungsgemässen Anordnung wird von dieser Tatsache Gebrauch gemacht.
In der Anordnung gemäss der Erfindung, in welcher die Tonisierung irgendeiner Ent- ladiingstrecke der Röhre die Zündspannung einer benachbarten Entladungsstrecke herab setzt, sind alle Entladungsstrecken mit einer Vorspannquelle verbunden, deren Spannung allein nicht genügt, um irgend eine der Strecken zii zünden, welche aber genügt, um eine Entladung nach erfolgter Zündung aufrechtzuerhalten. Ferner weist die Anordnung --Titte]. auf, um eine der Strecken, die Startstreeke genannt wird, zu zünden.
Diese Anordnung zeichnet sich da durch aus, dass die Spannung der Vorspann quelle und die Anordnung und Ausbildung der Entladungsstreeken so gewählt sind, dass nach der Zündung, der Startstrecke die übri gen Strecken automatisch nacheinander zün den. Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Anordnung an Hand der Zeichnung näher beschrieben.
In der Zeichnung ist mit 1 eine Ent- ladungsvorriehtung bezeichnet, welche eine Anode 2 aufweist, die aus einer flachen Platte oder einem Draht besteht, der gegenüber einer leihe von Kathodenstäben 3 und -I angeord net ist, die auf einer gemeinsamen Platte oder Draht 5 angebracht sind. Der Stab 3 bildet mit der Anode 2 eine kürzere Entladungs strecke als die übrigen Stäbe 4. Diese Strecke dient, als Startstrecke. Der Kathodendraht 5 ist über den Impulstransformator 6 mit Erde verbunden. Die Anode 2 ist über den Wider stand 7 mit der positiven Klemme der Vor spannbat.terie 8 verbunden. Die Anode ist ausserdem über den Blockkondensator 17. mit der Klemme 9 verbunden.
Die von der Batterie 8 gelieferte Spannung ist so bemessen, dass sie genügt, um eine Ent ladung aufrechtzuerhalten, dabei aber kleiner ist. als die normale Zündspannung irgendeiner (nichtionisierten) Entladungsstrecke.
Wenn nun ein positiver Impuls zwischen die Klemme 9 und Erde angelegt wird, so dass die Summe aus der Impulsspannung und der Batteriespannung grösser als die Zünd spannung der ersten Strecke, aber kleiner als die Zündspannung der verbleibenden entioni- sierten Entladungsstrecken wird, so bewirkt dieser Impuls die Einleitung einer Entladung in der Startstrecke. Nachdem der Impuls er loschen ist, bleibt die Startstrecke im Ent ladungszustand, und zu gegebener Zeit dehnt sieh die Ionisation nach der aus der benach barten Kathode 4 und der Anode 2 gebildeten Entladungsstrecke aus.
Damit wird eine Ent ladung in dieser zweiten Strecke hervorgeru fen, sobald die Zündspannung durch die Aus breitung der Ionisation soweit herabgesetzt ist, dass sie gleich der Batteriespannung ist. Das Zeitintervall zwischen der Zündung der ersten und der Zündung der zweiten Ent- la < 1ungSstreeke hängt von der Länge der<B>EI</B> nt- la(Iungsstreeke, dem Abstand zwischen den Entladungsstrecken und der Höhe der Batte riespannung ab. Die Entladung breitet sieh dann analog auf die dritte und die folgenden Entladungsstrecken aus.
Während der oben beschriebenen Folge von Entladungen nimmt der totale durch die Vorrichtung fliessende Entladungsstrom schrittweise zu, wobei jeder Schritt vom voran gehenden durch ein bestimmtes Zeitintervall getrennt ist. Da der Transformator 6 als Differenzierungsvorrichtung wirkt, treten an den Klemmen 12 und 13 eine Reihe von Im pulsen in diskreten Zeitabständen auf.
Nach erfolgter Zündung aller Strecken sind alle Kathodenstäbe von einer Kathoden- glimmsehicht überzogen. Um die Röhre in ihren ursprünglichen Zustand zurückzurufen, kann an die Klemme 9 ein negativer Impuls angelegt werden, der von genügender Grösse ist, um die Löschung aller Entladungsstrecken zu bewirken, und der lang genug ist, dass wäh rend seines Vorhandenseins die Zündspan- nungen aller Entladungsstrecken zufolge Ent- ionisation auf einen Wert steigen, der grösser ist als die Spannung der Batterie B.
Der zeitliche Abstand der aufeinanderfol genden Entladungen dürfte zur Ilauptsaehe durch die folgenden Tatsachen gegeben sein.
a) Das an der Spitze der Kathode an setzende Kathodenglimmen benötigt eine kleine aber bestimmte Zeit bis es sich über die ganze Länge der Kathode ausgebreitet hat, was zur Folge hat, dass der Entladungsstrom und die Anzahl der erzeugten Ionen in glei chem Masse zunimmt. Demzufolge ist auch eine gewisse Zeit nötig, bis die benachbarte Strecke ionisiert werden kann.
b) Die in der ersten Entladungsstrecke er zeugten Ionen brauchen eine kleine aber be stimmte Zeit, um in die Nähe der zweiten Entladungsstrecke zu gelangen, wodurch ihre Einwirkung auf diese zweite Strecke verzögert wird. Die sich aus diesen beiden Effekten er gebende Ionisationskopplung weist daher so zusagen nicht eine unendlich steile Vorder kante auf, sondern sie nimmt progressiv von Null aus zu, wodurch die Abnahme der Zünd- spannung der zweiten Entladungsstrecke zeit lich in einer begrenzten und stetigen Weise zu nimmt.
Aus diesem Grunde ist es möglich, den zeit lichen Abstand zweier aufeinanderfolgender Zündungen innerhalb gewisser Grenzen durch eine angelegte Signalspannung zu modulierexi, falls dies aus irgendeinem Grund erwünscht sein sollte. So kann mittels der beschriebenen Vorrichtung eine Reihe von Impulsen erzeugt werden, welche durch diskrete Zeitintervalle getrennt sind, wobei diese Intervalle gemäss irgendeinem Signal moduliert werden können, wie das im Schweizerpatent Nr.269005 be schrieben ist.
Es ist klar, dass zahlreiche andere Anwendungen der Vorrichtung möglich sind, und dass die unmodulierte Impulsfolge ent weder aus äquidistanten Impulsen bestehen kann, oder dass der zeitliche Abstand der Impulse entsprechend einem bestimmten von. der Anordnung der Entladungsstrecken ab hängigen Gesetz verschieden ist. Die in der nachfolgenden Tabelle angegebenen Werte haben sieh als günstig für den Bau einer Röhre erwiesen, welche eine Impulsreihe mit einem Intervall von 3 1 Mikrosekunden zwischen den Impulsen ergeben soll. Die Gas füllung dieser speziellen Röhre ist so gewählt, dass sich eine verminderte Entionisierungszeit in der im Patent Nr.269005 beschriebenen Weise ergibt.
EMI0004.0007
Gasfüllxing
<tb> Neon <SEP> (92 <SEP> %)
<tb> Argon <SEP> (1%) <SEP> Totaler <SEP> Druck
<tb> Wasserstoff <SEP> (7 <SEP> %) <SEP> 100 <SEP> mm <SEP> lIg
<tb> Elektrodenmaterierl
<tb> Nickel
<tb> Kathodenlänge <SEP> 5 <SEP> mm
<tb> Abstand <SEP> zivisehen <SEP> jedem
<tb> Paar <SEP> von <SEP> benachbarten
<tb> Kathoden <SEP> 5 <SEP> mm
<tb> Entladungsstrecke <SEP> zwi schen <SEP> der <SEP> ersten <SEP> Kathode
<tb> und <SEP> der <SEP> Anode <SEP> 1,5 <SEP> mm
<tb> Entladungsstrecke <SEP> zwi schen <SEP> jeder <SEP> andern <SEP> Ka thode <SEP> und <SEP> der <SEP> Anode <SEP> ? <SEP> min
<tb> Spannung <SEP> der <SEP> Betriebs spannttngsciuelle <SEP> 1_80 <SEP> Volt
EMI0004.0008
Spitzenwert <SEP> des <SEP> totalen
<tb> Anodenstromes <SEP> 1.
<SEP> Milliampere
<tb> Dauer <SEP> des <SEP> Löseliimpulses <SEP> ?0 <SEP> 11ikrosekunden
<tb> Amplitude <SEP> der <SEP> Löseh impxLlse <SEP> 150 <SEP> Volt
<tb> Dauer <SEP> des <SEP> Startimpulses <SEP> 1 <SEP> ,Mikrosekunde
<tb> Amplitude <SEP> des <SEP> Start impulses <SEP> 20 <SEP> Volt Falls erwünscht, kann eine besondere Ent- ladungsstreeke vorgesehen werden, an welcher dauernd eine vorbereitende Entladung auf- reehterhalten wird.
Durch Regelung des durch diese vorbereitende Entladungsstreeke flie ssenden Stromes kann der allgemeine Ioni- sationspegel aller andern Entladungsstrecken nach Wunsch erhöht oder herabgesetzt wer den. Eine Erhöhung des allgemeinen Ionisa- tionspeggels hat die folgenden Hauptwirkun gen auf die Entladungen in den andern Strek- ken.
1. Eine Verminderung der minimalen Zündspannung.
2. Eine Verminderung der Differenz zwi- sehen Zünd- und Brennspannung.
3. Eine Vermindeinm, der minimalen Lösehzeit und Eine Erhöhung der Ausbreitungs geschwindigkeit des Kathoden-glimmens längs jeder Kathode, wenn die Entladung eingeleitet worden ist.
Falls eine Röhre mit diesen Eigenschaften in einer Impuls-Zeitmodulationseinrielitung verwendet wird, erweist sieh der obige Effekt Nr. 3 als sehr nützlich, da es erwünscht ist, die Löschzeit zxi verkürzen, um eine möglichst Orosse Anzahl von Kanälen in einer gegebenen Impulsreihe unterzubringen. In ähnlicher Weise kann der Effekt Nr. 4 dazu verwendet.
werden, die ltodulationstiefe zu regeln, wenn eine Zeitmodulation in der vorstehend be- sehriebenen Weise durch geringe Änderung der an eine der andern Kathoden angelegten Spannung erzeugt wird. Falls erwünscht, kann die ztisä.tzliehe Vorbereitungsentladungs- strecke eine getrennte Kathode aufweisen, wo bei die Entladung zwischen dieser Kathode und der gemeinsamen. Anode der Vorrichtung erfolgt, oder es können für diese vorberei tende Entladung eine getrennte Kathode und auch eine getrennte Anode vorgesehen werden.
In jedem dieser Fälle ist es jedoch erwünscht, (1a15 die Ionisation der vorbereitenden Ent ladung alle andern in gleicher Weise beein- llusst, und infolgedessen sind die übrigen Strecken entsprechend angeordnet, beispiels weise auf einem Kreis, in dessen Mittelpunkt die vorbereitende Strecke liegt.
In bezng aur die Frage der geometrischen Toleranzen der Elektrodenanordnung ist zu sagen, da15, grob gesprochen und unter der Voraussetzung der Verwendung einer vor bereitenden Entladung und entsprechender Erhöhung des vorbereitenden Stromes - oder anderseits einer Herabsetzung des CTasdruk- kes - eine gleichmässige Erhöhung von 100 % der Abstände der Entladungsstrecken, wie sie oben gegeben sind, das Impulszeitintervall in der gleichen Grössenordnung erhöhen würde.