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Es ist bekannt, gittergesteuerte Gasentladungsröhren mit Glühkathode zur Erzeugung von
Kippschwingungen zu benutzen. Dabei wird zumeist ein Kondensator über einen Widerstand oder über eine Hochvakuum-Elektronemöhre von einer Gleichstromquelle aufgeladen und dann über die
Gasentladungsröhre, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Widerstandes, entladen. Nach der Entladung des Kondensators erlischt die Röhre, und der Vorgang wiederholt sich. Das Löschen der Gasentladungsröhre ist dadurch zu erklären, dass sich während der Kondensatorentladung in der Röhre eine sehr grosse Anzahl von Ladungsträgern bildet, die nur zum kleinen Teil der Glühkathode entstammen, zum grössten Teil durch Stossionisation im Entladungsraum gebildet werden.
Da die Ionen, die hier infolge der intensiven Stoffionisation einen besonders grossen Anteil an der Stromleitung durch die Röhre haben, eine verhältnismässig kleine Geschwindigkeit haben und daher eine bestimmte Zeit notwendig ist, um sie aus der Entladungsbahn zu entfernen (Entionisierungszeit), sind am Ende der Kondensatorentladung noch mehr Ionen in der Entladungsbahn, als es der jeweiligen Kondensatorspannung entspricht. Infolgedessen sinkt die Anodenspannung der Röhre unter die statische Brennspannung, u. zw. umso tiefer, je grösser die Anzahl der Ionen ist. Die kleinste Anodenspannung wird dann erreicht, wenn die Ionenzahl noch gerade ausreicht, den ständig über den Ladewiderstand zufliessenden Strom durch die Röhre abzuleiten.
Dieser Zustand ist aber nicht stabil, X infolge der kleinen Anodenspannung keine Ionen neu gebildet werden können, so dass Ionenmangel eintritt, und die Entladung erlischt. Steigert man nun den Ladestrom, so gelangt man schliesslich zu einem Wert, bei dem der Kondensator nicht mehr genügend weit unter die statische Brennspannung der Röhre entladen wird, so dass die Gasentladung nicht mehr gelöscht werden kann. Die Röhre brennt dann mit dem Ladestrom stationär weiter, und die Schwingung reisst ab. Die maximal erreichbare Grösse des Ladestromes und damit die maximal erreichbare Frequenz der Kippschwingungen ist also weitgehend von der Anzahl der bei der Kondensatorentladung in der Röhre gebildeten Ionen abhängig.
Erfindungsgemäss lässt sich die Ladungsträgerzahl und damit die Ionenzahl nun wesentlich erhöhen, wenn man in einer solchen Röhre ausser den normalerweise vorhandenen Elektroden (Kathode, Gitter, Anode) noch eine Hilfselektrode vorsieht, die zwischen Kathode und Gitter angeordnet sein kann und die mit der Kathode direkt oder über einen kleinen Widerstand verbunden ist. Bei Versuchen an Drei-Elektroden-Gasentladungsröhren mit Glühkathode hat sich nämlich gezeigt, dass der Strom der Kondensatorentladung im Maximum ein Vielfaches, grössenordnungsmässig das Hundertfache, des Stromes sein kann, den die Kathode rein thermisch als Elektronen emittieren kann. Dieser Überstrom lässt sich durch die Stossionisation im Gasraum nicht allein erklären, man muss vielmehr annehmen, dass an der Kathode sehr viel Elektronen durch den Aufprall schneller Ionen ausgelöst werden.
Diese Annahme wurde dadurch bestätigt, dass die Messung des bei der Kondensatorentladung auftretenden Gitterstromes Werte ergab, die in der gleichen Grösse lagen wie der Kathodenstrom, unter Umständen sogar grösser waren. Durch reinen loneneinstrom lassen sich diese Gitterströme nicht erklären, es muss vielmehr auch hier eine Elektronenablösung durch die mit grosser Geschwindigkeit aufprallenden Ionen vorliegen. Solche Gitterströme lassen sich natürlich nur erreichen, wenn im äusseren Gitterkreis kein grösserer Ohmscher oder induktiver Widerstand liegt. Da das Gitter aber in erster Linie zur Steuerung des Zündeinsatzes der Entladung dient, sind solche Widerstände im allgemeinen unumgänglich notwendig, so dass der Gitterstrom klein gehalten werden muss.
Damit ist aber, wie sich gezeigt hat, eine
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erhebliche Verkleinerung des Entladungsstromes verbunden. Das hat zunächst zur Folge, dass die für die Kondensatorentladung benötigte Zeit, die in vielen Fällen möglichst kurz sein soll, grösser wird, vor allem sinkt aber wegen der kleineren Ionenzahl der maximal erreichbare Ladestrom und damit die maximal erreichbare Schwingungsfrequenz aus den oben dargelegten Gründen stark ab.
Nach der Erfindung wird nun im Entladungsraum eine vorzugsweise grossflächige Hilfselektrode angeordnet, die so mit der Kathode verbunden ist, dass der durch loneneinstrom und Elektronen- ablösung hervorgerufene Strom dieser Hilfselektrode durch die äussere Schaltung nicht oder nicht wesentlich begrenzt wird. Die Hilfselektrode kann entweder direkt mit der Kathode verbunden werden, man kann aber auch einen kleinen Widerstand zwischen sie und die Kathode schalten.
Die Hilfselektrode lässt sich so ausbilden, dass die Lebensdauer der Glühkathode im Kippschwingbetrieb der Röhre wesentlich vergrössert wird. Bekanntlich wird die aktive Schicht einer thorierten Wolframkathode oder einer Oxydkatliode schnell zerstört, wenn sie von Ionen getroffen wird, deren
Geschwindigkeit eine bestimmte Grösse überschreitet. Ionen hoher Geschwindigkeit lassen sich bei der direkten Kondensatorentladung über eine Gasentladungsröhre jedoch nicht vermeiden. Bildet man nun die Hilfselektrode so aus, dass sie die Kathode weitgehend gegen die Entladung abschirmt, so werden von ihr alle oder wenigstens fast alle schnellen Ionen abgefangen, so dass die Zerstörung der Kathode vermieden wird.
Damit wird natürlich auch die Elektronenablösung durch Ionenaufprall an der Kathode weitgehend beseitigt, so dass nunmehr die Hilfselektrode den Hauptteil des Stromes bei der Kondensatorentladung zu liefern hat, während der Kathode die Aufgabe zufällt, die Entladung des Kondensators schlagartig einzuleiten.
Nach einem weiteren Erfindungsgedanken wird die Elektronenablösung durch lonenaufprall an der Hilfselektrode dadurch vergrössert, dass die Hilfselektrode aus einem Stoff hergestellt oder mit einem Stoff bedeckt ist, der eine kleine Elektronenaustrittsarbeit besitzt, wie z. B. Erdalkalimetalle.
Eine solche Hilfselektrode wird dann so angeordnet, dass die Zündung einer selbständigen Entladung zwischen Hilfselektrode und Anode z. B. durch das Gitter der Röhre verhindert werden kann.
Rein äusserlich hat die vorstehend beschriebene Röhre gewisse Ähnlichkeit mit den an sich bekannten Doppelgittergasentladungsröhren, die in Gleich-oder Weehselriehtersehaltungen Verwendung finden. Sinn und Zweck des Einbaues eines zweiten Gitters in eine Gasentladungsröhre ist aber ein ganz anderer als der mit dem Einbau der Hilfselektrode nach dem Erfindungsgedanken beabsichtigte. Das zweite Gitter in den normalen Gasentladungsröhren wird stets zur Verbesserung der Steuerfähigkeit der Röhre eingebaut, sei es nun, dass die Verbesserung durch eine besondere, zumeist regelbare Hilfsspannung an diesem Gitter erreicht wird, oder sei es, dass das zweite Gitter das Hauptgitter vor thermischen und elektrischen Einflüssen oder vor der Bestäubung mit aktivem Material von der Kathode her schützen soll.
Wenn sich die dem Gedanken der Erfindung entsprechende Hilfselektrode unter Umständen auch als zweites Gitter benutzen lässt, so ist das doch nur eine zufällige und unbeabsichtigte Nebenerscheinung. Der Zweck der Hilfselektrode bei der Gasentladungsröhre nach der Erfindung ist indessen, bei der Kondensatorentladung über die Röhre einen möglichst grossen Strom aufzunehmen, um so einerseits den Entladungsvorgang zu verkürzen, anderseits die Erzielung einer möglichst hohen Schwingungsfrequenz zu gestatten.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Anordnung zur Erzeugung von Kippschwingungen mittels gittergesteuerter Gasentladungsröhren, wobei ein Kondensator periodisch stossartig über die Gasentladungsröhre aufgeladen oder entladen wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine in der Gasentladungsröhre zur Entlastung der Kathode angeordnete Hilfselektrode mit der Kathode direkt oder über einen kleinen Widerstand verbunden ist, so dass sie einen wesentlichen Teil des Entladungsstromes übernimmt.