Einrichtung mit einer gasgefüllten elektrischen Entladungsröhre mit negativer Stromspannungskennlinie. Es ist bekannt, dass vielerlei gasgefüllte elektrische Entladungsröhren eine negative Stromspannungskennlinie aufweisen, das heisst dass die Spannung zwischen den Elek troden der Röhre bei zunehmendem Strom abnimmt. Beim Betrieb derartiger Ent ladungsröhren wird daher regelmässig ein Stabilisierungswiderstand in Reihe mit der Entladungsstrecke geschaltet. Diese Stabili sierungswiderstände nehmen oft einen erheb lichen Teil der gesamten Henge der ver brauchten Energie auf, der in den meisten Fällen ohne Vorteil verbraucht wird und da her verloren geht.
Die Erfindung, die sich auf eine Eiu- tichtung bezieht, die eine gasgefüllte, elek trische Entladungsröhre mit negativer Strom spannungskennlinie enthält, hat den Zweck; diesen Nachteil herabzusetzen, indem der Entladungsstrom auf wirtschaftlichere Weise innerhalb zulässiger Grenzen gehalten wird.
Gemäss der Erfindung wird die Ent ladungsröhre von einem periodischen, zeit- weise den Wert Null annehmenden Strom durchflossen, und in Reihe mit dieser Ent ladungsröhre wird eine andere gasgefüllte Röhre geschaltet, die mit einem Gitter ver sehen ist. An dieses Gitter wird eine Span nung angelegt, die, in dem Augenblick, wo die Speisespannung positiv wird, während der Entladungsstrom noch den Wert Null hat, negativ ist, und erst später Null oder positiv wird.
Wird der Entladungsstrom zum Beispiel von einer Gleichstromquelle geliefert, so kann in den Stromkreis ein Unterbrecher ein geschaltet werden, der diesen greis perio disch öffnet und dadurch den Entladungs strom auf den Wert Null herabsetzt. Ist die an das Gitter angelegte Spannung negativ, so wird, wenn auch die Unterbrechung wie der aufgehoben und an die Elektroden der Entladungsröhre Spannung angelegt wird, diese Röhre nicht von Strom durchflossen. Erst nachdem die dem Gitter zugeführte Spannung Null oder positiv wird, kann wie- der Strom durch die Entladungsröhre flie ssen.
Durch Änderung des Zeitraumes zwi schen dem Augenblick, in dem der Ent ladungsstrom den Wert Null annimmt und dem Augenblick, in dem die Gitterspannung Null oder positiv wird, kann der Anfangs zeitpunkt des Stromdurchganges in der zwi schen zwei Nulldurchgängen der Speisespan nung liegenden Zeitspanne und dadurch die mittlere Stromstärke geregelt werden. Durch geeignete Wahl des erwähnten Zeitraumes kann eine erwünschte mittlere Stärke des Entladungsstromes erhalten werden.
Der Spannungsverlust in der vorgeschalteten Entladungsröhre ist verhältnismässig gering, so dass die Regelung der Stromstärke nahezu ohne Verluste stattfindet.
Die dem Gitter zugeführte Spannung kann zum Beispiel ebenfalls über einen Unterbrecher zugeführt werden. Wird das Gitter an eine negative Spannung angeschlos sen und wird ausserdem ein Unterbrecher in diesen Gitterkreis eingeschaltet, so kann die ser Unterbrecher derart gebaut und mit dem Entladungsstromunterbrecher verbunden wer den, dass in dem Augenblick, wo die Span nung wieder an die beiden hintereinander geschalteten Röhren angelegt wird, an dem Gitter eine negative Spännung liegt und dieses Gitter nach diesem Augenblick zu nächst negativ bleibt und erst nach einiger Zeit auf Null gebracht wird.
Die Entladungsröhre mit negativer Strom spannungskennlinie wird zweckmässig von einer Wechselstromquelle gespeist. Es kann mit einer solchen Quelle auf sehr einfache Weise ein periodischer, zeitweise den Wert Null annehmender Strom erhalten werden. An das Gitter der Entladungsröhre, die in Reihe mit der erstgenannten Röhre geschaltet ist, wird in diesem Fall eine Wechselspan nung angelegt, die in bezug auf die Span nung der genannten Wechselstromquelle in der Phase verschoben ist.
Der Phasenunter schied kann auf einfache Weise herbei geführt werden, so dass man hier eine Ein richtung ohne Unterbrecher hat, bei der die Stromstärke einer Entladungsröhre mit nega- tiver Kennlinie auf einfache Weise nahezu ohne Verluste geregelt wird.
Es ist vorteilhaft die Einrichtung derart zu treffen, dass der Phasenunterschied zwi schen den beiden Wechselspannungen regel bar ist, so dass man imstande ist, die Stärke des durch die Röhren fliessenden Stromes zu regeln. Der Phasenunterschied kann zum Beispiel mit Hilfe eines kleinen Drehkonden sators oder eines kleinen veränderlichen Widerstandes geändert werden, was die Stromregelung ausserordentlich einfach macht. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die Ent ladungsröhre mit negativer Stromspannungs- kennlinie zur Lichtausstrahlung dient.
Durch Änderung der Stromstärke mit Hilfe des Phasenunterschiedes zwischen den beiden Wechselspannungen kann in vielen Fällen die Intensität des ausgesandten Lichtes auf einfache Weise geändert werden.
Es ist vorteilhaft, die Entladungsröhre mit negativer Kennlinie mit mindestens zwei Anoden zu versehen und in die Zuführungs leitung jeder dieser Anoden eine gasgefüllte Röhre mit einer Glühkathode und einem Git ter einzuschalten. Es fliesst in diesem Fall während eines Teils jeder Halbperiode der Wechselspannung Strom durch die mit meh reren Anoden versehene Entladungsröhre.
Unter ,;Gasfüllung" ist beim vorliegen den Patent nicht nur eine aus einem oder mehreren Gasen, sondern auch eine aus einem oder mehreren Dämpfen oder aus einem Ge misch von Gas und Dampf bestehende Fül lung zu verstehen.
Die Einrichtung gemäss der Erfindung kann insbesondere zur Regelung der Strom stärke in Entladungsröhren zum Aussenden von Licht, zum Beispiel in Röhren mit posi tiver Lichtsäule, die mit Neon oder anderem Gas gefüllt sind, insbesondere auch in Ent ladungsröhren zum Aussenden von ultra violetten Strahlen, angewendet werden.
Die Zeichnung veranschaulicht schema tisch einige Ausführungsbeispiele der Ein richtung nach der Erfindung.
Fig. 1 stellt das Schaltbild einer Einrich tung mit einer Entladungsröhre mit nega- tiver Stromspannungskennlinie dar. die mit zwei Elektroden versehen ist; Fig.2 zeigt den Verlauf einiger Span nungen, die bei dieser Einrichtung auftreten, sowie denjenigen des die Entladungsröhren durchfliessenden Stromes; die Fig. 3 und =1 stellen Einrichtungen dar, die eine Entladungsröhre mit einer Glühkathode und zwei Anoden enthalten.
Die Einrichtung nach Fig. 1 enthält eine elektrische Entladungsröhre 1, die an den beiden Enden ein wenig erweitert ist. In diesen erweiterten Enden sind die Elektro den 2 und 3 angeordnet. Diese Elektroden bestehen aus einem für diesen Zweck ge bräuchlichen Metall, zum Beispiel aus Eisen. Die Röhre enthält eine Gasfüllung, die zum Beispiel aus Neon unter einem Druck von einigen mm besteht. In Reihe mit dieser Entladungsröhre 1, die beim Betrieb eine positive Säulenentladung zeigt und eine negative Stromspannungskennlinie besitzt, ist eine Entladungsröhre 4 geschaltet, die mit einer Glühkathode 5, einer Anode 6 und einem Gitter 7 versehen ist.
Die Entladungs röhre 4 besitzt ferner eine Gasfüllung, die zum Beispiel aus Argon unter einem Druck von eini-oen mm besteht. Die Gliih- kathode 5 kann mit Hilfe einer nicht dar gestellten und zum Beispiel aus einer TranS- forma.torwicklung bestehenden Stromquelle erhitzt werden. Die Primärwicklung 10 eines Transformators 11 ist über den doppelpoligen Schalter 9 an die Wechselstromquelle 8 an geschlossen. Die Sekundärwicklung 12 dieses Transformators speist die Entladungsröhre und ist zu diesem Zweck einerseits mit der Glühkathode 5 und anderseits mit der Elek trode 3 verbunden.
Die Wechselstromquelle 8 speist überdies einen Stromkreis 13, in dem ein veränderlicher Widerstand 14 und eine parallel zu diesem geschaltete Selbstinduk tion 15 liegen. In dem Stromkreis liegt ausserdem die Primärwicklung 16 eines Transformators 17, dessen Sekundärwick lung 18 einerseits mit der Glühkathode 5 und anderseits über einen Widerstand 19 mit dem Gitter 7 verbunden ist. Der Widerstand 14 und die Selbstinduk tion 15 sind derart eingestellt, dass die in der Transformatorwicklung 18 erzeugte Wech selspannung in bezug auf die in der Trans- formatorwicklung 12 induzierte Wechsel spannung im erwünschten Masse nacheilt.
Letztgenannte Wechselspannung wird in Fig. 2 durch die Kurve 20 dargestellt, wäh rend die Spannung der Transformatorwick- lung 18, das heisst die zwischen der Glüh- kathode 5 und dem Gitter 7 geschaltete Spannung, in Fig. 2 durch die Kurve 21 an gegeben wird. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dass die durch die Kurve 21 dargestellte Span nung in bezug auf die durch die Kurve 20 dargestellte nacheilt.
In dem Augenblick., wo die Spannung 20 durch den Nullpunkt geht, fliesst kein Strom durch die beiden in Reihe geschalteten Entladungsröhren. Steigt dann die Spannung 20, so fliesst vorläufig noch kein Strom durch die Entladungs röhren, was davon herrührt, dass das Gitter 7 in bezug auf die Kathode 5 ein negatives Potential hat. Erst wenn das Potential des Gitters 7 in bezug auf die Glühkathode 5 Null oder ungefähr Null wird, beginnt der Strom durch die Entladungsröhren zu flie ssen. Dieser Strom hat den in Fig. 2 durch die Linie 22 angegebenen Verlauf und hört zu fliessen auf, wenn die Spannung 20 wie der durch den Nullpunkt geht.
Es ist ein leuchtend, dass nur während Teilen einer Hälfte einer vollständigen Wechselspannungs- periode die Entladungsröhren von Strom durchflossen werden können. Während der andern Hälfte findet gar kein Stromdurch gang statt. Die mittlere Stärke des Stromes 22 kann durch geeignete Wahl des Phasen unterschiedes zwischen den Spannungen 20 und 21 eingestellt werden. Eilt die Span nung 21 in bezug auf die Spannung 20 nur wenig nach, so beginnt der Strom 22 schon früh in der Halbperiode, in der die Span nung 20 positiv ist.
Wird hingegen die Phasennacheilung vergrössert, so beginnt der Strom 22 erst später zu fliessen, so dass die mittlere Stromstärke kleiner wird. Durch Regelung der Phasenverschiebung kann also die mittlere Stromstärke auf einen bestimm ten Wert eingestellt werden. Es ist einleuch tend, dass die Elemente, mit denen die Pha senverschiebung herbeigeführt wird, vorher derart bemessen werden können, dass die rich tige Stromstärke zustande kommt. Es ist je doch empfehlenswert, diese Elemente regel bar zu machen, so dass die Stromstärke ge ändert werden kann.
Aus Fig.2 ist ersichtlich, dass der die Entladungsröhre durchfliessende Strom einen intermittierenden Charakter hat. Das Flim mern des von der Entladungsröhre 1 aus gesandten Lichtes ist daher in einigen Fäl len störend. Bei höherer Frequenz der Wech- selstromquelle 8 ist die Störung durch das Flimmern selbstverständlich geringer.
Die Einrichtung nach Fig. 3 enthält eine gasgefüllte Entladungsröhre 23, die mit einer Glühkathode 24 und mit zwei Anoden 25 versehen ist. Diese Anoden sind je mit einer Glühkathode 5 einer Entladungsröhre 4 ver bunden. Diese Entladungsröhre ist ferner mit einer Anode 6, einem Gitter 7 und einer Gasfüllung versehen. Die beiden Anoden 6 sind mit den Enden einer Sekundärwicklung 26 des Transformators 27 verbunden, dessen Primärwicklung mit 28 bezeichnet ist. Die Mitte der Wicklung 26 ist durch den Leiter 29 mit der Glühkathode 24 verbunden.
Der Transformator 27 weist ferner auch noch eine Sekundärwicklung 30 auf, die einen Stromkreis 31 speist, in dem ein veränder licher Widerstand 32, eine parallel zu die sem geschaltete Selbstinduktion 33 und eine Transformatorwicklung 84 liegen. Jede der. mit der Transformatorwicklung 34 zusam menarbeitenden Sekundärwicklungen 35 ist einerseits über einen Widerstand 36 an ein Gitter 7 und anderseits an eine Glühkathode 5 angeschlossen.
Die Glühkathoden 5 und 24 können mit Hilfe nicht dargestellter Transformatorwick- lungen erhitzt werden.
Die Entladungsröhren-4 haben auf den die Entladungsröhre 23 durchfliessenden Strom die gleiche regelnde Wirkung wie die Entladungsröhre 4 der Einrichtung nach Fig. 1. Da die Entladungsröhre 23 mit zwei Anoden versehen ist und in den Zuführungs leiter jeder dieser Anoden eine Entladungs röhre 4 eingeschaltet ist, wird die Ent ladungsröhre 23 während eines Teils jeder Hälfte der Wechselspannungsperiode von Strom durchflossen, so dass das von dieser Röhre ausgesandte Licht, bei der gleichen Frequenz der Wechselstromquelle, erheblich weniger flimmert.
Die Einrichtung nach Fig.4 entspricht im wesentlichen der in Fig. 3 dargestellten. Es sind jedoch die Entladungsröhren 4 nicht zwischen die Anoden und die Enden der sekundären Transformatorwicklung, sondern in einen andern Teil der Anodenstromzufüh- rungsdräUte geschaltet. Die Transformator wicklung 26 ist nämlich in zwei Teile 37 und 38 geteilt. Die beiden Entladungsröhren 4 sind nun zwischen diese beiden Teile ge schaltet.
Die Wirkung der Einrichtung Fig. 4 ist gleich derjenigen der Einrichtung Fig.3. Es ist einleuchtend, dass die Ent ladungsröhre auch mit drei oder mehr Ano den versehen werden kann, so dass die Röhre von einer drei- oder mehrphasigen Wechsel- stromquelle gespeist werden kann.
Device with a gas-filled electrical discharge tube with a negative current-voltage characteristic. It is known that various gas-filled electrical discharge tubes have a negative current-voltage characteristic, that is to say that the voltage between the electrodes of the tube decreases with increasing current. When operating such discharge tubes, a stabilizing resistor is therefore regularly connected in series with the discharge path. These stabilization resistances often take up a considerable part of the total amount of energy consumed, which in most cases is used without benefit and is therefore lost.
The invention, which relates to a device that contains a gas-filled, electric discharge tube with negative current voltage characteristic, has the purpose; mitigate this disadvantage by keeping the discharge current within allowable limits in a more economical manner.
According to the invention, the discharge tube is traversed by a periodic current that temporarily assumes the value zero, and another gas-filled tube is connected in series with this discharge tube and is provided with a grid. A voltage is applied to this grid which is negative at the moment when the supply voltage becomes positive while the discharge current is still zero, and only later becomes zero or positive.
If the discharge current is supplied by a direct current source, for example, an interrupter can be switched into the circuit, which opens this old periodically and thereby reduces the discharge current to the value zero. If the voltage applied to the grid is negative, even if the interruption is canceled and voltage is applied to the electrodes of the discharge tube, current will not flow through this tube. Only after the voltage supplied to the grid becomes zero or positive can the current flow through the discharge tube again.
By changing the period between the moment in which the discharge current assumes the value zero and the moment in which the grid voltage becomes zero or positive, the start time of the current passage in the period between two zero crossings of the supply voltage and thus the mean amperage can be regulated. A desired mean strength of the discharge current can be obtained by a suitable choice of the mentioned period.
The voltage loss in the upstream discharge tube is relatively low, so that the current intensity is regulated with almost no losses.
The voltage supplied to the grid can also be supplied via a breaker, for example. If the grid is connected to a negative voltage and a breaker is also switched on in this grid circuit, this breaker can be built and connected to the discharge circuit breaker in such a way that at the moment when the voltage returns to the two tubes connected in series is applied, on the grid there is a negative voltage and this grid initially remains negative after this moment and is only brought to zero after some time.
The discharge tube with negative current voltage characteristic is expediently fed by an alternating current source. With such a source, a periodic current which temporarily assumes the value zero can be obtained in a very simple manner. In this case, an alternating voltage is applied to the grid of the discharge tube, which is connected in series with the first-mentioned tube, which voltage is shifted in phase with respect to the voltage of said alternating current source.
The phase difference can be brought about in a simple manner, so that one has a device without an interrupter in which the current strength of a discharge tube with a negative characteristic curve is regulated in a simple manner with almost no losses.
It is advantageous to make the device in such a way that the phase difference between the two alternating voltages can be regulated so that one is able to regulate the strength of the current flowing through the tubes. The phase difference can be changed, for example, with the help of a small rotary capacitor or a small variable resistor, which makes current control extremely easy. This is particularly advantageous if the discharge tube with a negative current-voltage characteristic is used to emit light.
By changing the current intensity with the aid of the phase difference between the two alternating voltages, the intensity of the emitted light can in many cases be changed in a simple manner.
It is advantageous to provide the discharge tube with a negative characteristic curve with at least two anodes and to connect a gas-filled tube with a hot cathode and a grid to the supply line of each of these anodes. In this case, current flows through the discharge tube, which is provided with several anodes, during part of each half cycle of the alternating voltage.
In the present patent, “gas filling” is understood to mean not only a filling consisting of one or more gases, but also a filling consisting of one or more vapors or a mixture of gas and vapor.
The device according to the invention can be used in particular to regulate the current strength in discharge tubes for emitting light, for example in tubes with positive light column that are filled with neon or other gas, especially also in discharge tubes for emitting ultra violet rays will.
The drawing illustrates schematically some embodiments of the device according to the invention.
1 shows the circuit diagram of a device with a discharge tube with a negative current-voltage characteristic, which is provided with two electrodes; FIG. 2 shows the course of some voltages which occur in this device, as well as that of the current flowing through the discharge tubes; Figures 3 and 1 represent devices which include a discharge tube with a hot cathode and two anodes.
The device according to FIG. 1 contains an electrical discharge tube 1 which is slightly expanded at the two ends. In these widened ends, the electric 2 and 3 are arranged. These electrodes consist of a metal commonly used for this purpose, for example iron. The tube contains a gas filling, for example neon under a pressure of a few mm. A discharge tube 4, which is provided with a hot cathode 5, an anode 6 and a grid 7, is connected in series with this discharge tube 1, which exhibits a positive columnar discharge during operation and has a negative current-voltage characteristic.
The discharge tube 4 also has a gas filling which consists, for example, of argon under a pressure of one millimeter. The incandescent cathode 5 can be heated with the aid of a current source, not shown and consisting, for example, of a transformer winding. The primary winding 10 of a transformer 11 is closed via the double-pole switch 9 to the AC power source 8. The secondary winding 12 of this transformer feeds the discharge tube and is connected to the hot cathode 5 on the one hand and electrode 3 on the other hand for this purpose.
The AC power source 8 also feeds a circuit 13 in which a variable resistor 14 and a parallel to this self-induction 15 are located. In the circuit there is also the primary winding 16 of a transformer 17, the secondary winding 18 of which is connected on the one hand to the hot cathode 5 and on the other hand via a resistor 19 to the grid 7. The resistor 14 and the self-induction 15 are set such that the alternating voltage generated in the transformer winding 18 lags behind the alternating voltage induced in the transformer winding 12 to the desired extent.
The latter alternating voltage is shown in FIG. 2 by curve 20, while the voltage of transformer winding 18, that is to say the voltage connected between incandescent cathode 5 and grid 7, is given in FIG. 2 by curve 21 . From FIG. 2 it can be seen that the voltage represented by curve 21 lags behind that represented by curve 20.
At the moment when the voltage 20 passes through the zero point, no current flows through the two discharge tubes connected in series. If the voltage 20 then increases, no current flows through the discharge tubes for the time being, which is due to the fact that the grid 7 has a negative potential with respect to the cathode 5. Only when the potential of the grid 7 with respect to the hot cathode 5 becomes zero or approximately zero does the current begin to flow through the discharge tubes. This current has the course indicated in FIG. 2 by the line 22 and ceases to flow when the voltage 20 again passes through the zero point.
It is illuminating that the discharge tubes can only have current flowing through them during parts of half of a complete alternating voltage period. During the other half there is no current passage at all. The average strength of the current 22 can be set by a suitable choice of the phase difference between the voltages 20 and 21. If the voltage 21 lags only slightly with respect to the voltage 20, the current 22 begins early in the half-cycle in which the voltage 20 is positive.
If, on the other hand, the phase lag is increased, the current 22 does not begin to flow until later, so that the mean current intensity becomes smaller. By regulating the phase shift, the mean current strength can be set to a certain value. It is obvious that the elements with which the phase shift is brought about can be dimensioned beforehand in such a way that the correct current intensity is achieved. However, it is advisable to make these elements controllable so that the amperage can be changed.
It can be seen from FIG. 2 that the current flowing through the discharge tube has an intermittent character. The flickering of the light sent from the discharge tube 1 is therefore annoying in some cases. With a higher frequency of the alternating current source 8, the disturbance due to the flickering is naturally less.
The device according to FIG. 3 contains a gas-filled discharge tube 23 which is provided with a hot cathode 24 and two anodes 25. These anodes are each connected to a hot cathode 5 of a discharge tube 4. This discharge tube is also provided with an anode 6, a grid 7 and a gas filling. The two anodes 6 are connected to the ends of a secondary winding 26 of the transformer 27, the primary winding of which is denoted by 28. The center of the winding 26 is connected to the hot cathode 24 by the conductor 29.
The transformer 27 also has a secondary winding 30, which feeds a circuit 31 in which a changeable resistor 32, a self-induction 33 connected in parallel with the SEM and a transformer winding 84 are located. Each of the. secondary windings 35 cooperating with the transformer winding 34 is connected on the one hand to a grid 7 via a resistor 36 and on the other hand to a hot cathode 5.
The hot cathodes 5 and 24 can be heated with the aid of transformer windings (not shown).
The discharge tubes 4 have the same regulating effect on the current flowing through the discharge tube 23 as the discharge tube 4 of the device according to FIG , The discharge tube 23 is traversed by current during part of each half of the AC voltage period, so that the light emitted by this tube, at the same frequency as the AC source, flickers considerably less.
The device according to FIG. 4 corresponds essentially to that shown in FIG. However, the discharge tubes 4 are not connected between the anodes and the ends of the secondary transformer winding, but rather in another part of the anode power supply wires. The transformer winding 26 is divided into two parts 37 and 38. The two discharge tubes 4 are now switched between these two parts ge.
The effect of the device Fig. 4 is the same as that of the device Fig.3. It is obvious that the discharge tube can also be provided with three or more anodes, so that the tube can be fed by a three- or multi-phase alternating current source.