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Kaltkathoden-Schaltröhre Die Erfindung betrifft Kaltkathoden-Schaltröhren.
Eine Beschränkung ihrer Anwendbarkeit besteht bekanntlich darin, daß nach dem Löschen
einer vorangegangenen Entladung eine bestimmte Zeit abgewartet werden muß, bis man
wieder eine Spannung an die Röhre anlegen kann, ohne daß dieselbe erneut gezündet
wird. Die Zeit, während welcher die Entladungsstrecke spannungsfrei bleiben muß,
damit nach einer vorangegangenen Entladung nach dem Wiederlegen der Spannung keine
Zündung eintritt, wird als Entionisationszeit bezeichnet. Die Entionisationszeit
begrenzt die Anzahl der gesteuerten Zündungen, die mit einer solchen Röhre in einer
bestimmten Zeiteinheit zulässig sind, in der Zeiteinheit. Es ist bereits bekanntgeworden,
die Anzahl der Zündungen pro Zeiteinheit einer solchen Röhre dadurch zu erhöhen,
da.ß dein Gas der Röhre die Entionisationszeit erniedrigende Zusätze beigefügt werden.
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Diese z. B. von den Geiger-Müller-Zählrohren her bekannten Zusätze,
wie Wasserstoff, Alkohol oder ähnliche organische Verbindungen, haben jedoch den
Nachteil, daß sie bei den starken Entladungen in Schaltröhren zu laufenden Veränderungen
führen, weil die Zusätze entweder absorbiert oder zersetzt werden oder die Kathode@nol;@erfläche
chemisch verändern. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ention,isationszeit
einer Kaltkathoden-Schaltröhre durch konstant bleibende Mittel, die die Wirkungsweise
der Röhre im gezündeten Zustand praktisch nicht beeinflussen, zu verkürzen. Das
wesentliche Merkmal der Erfindung besteht darin, daß außerhalb der Entladungsstrecke
im wesentlichen senkrecht zur letzteren verlaufende, mit der Kathode der Entladungsstrecke
elektrisch verbundene Elektroden, deren Oberfläche weniger aktiv ist als die emittierende
Fläche der Kathode, so angeordnet sind, daß auf ihnen, wenn die Entladungsstrecke
im wesentlichen raumladungsfrei ist, ein großer Teil und, wenn sich vor der wirksamen
Kathodenfläche eine Raumladung ausbildet, nur ein geringer Teil der elektrischen
Feldlinien endet.
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Es sind schon Kaltkathoden-Schaltröhren mit einer Kathode bekannt,
deren im Bereich der Entladungsstrecke liegende Oberfläche aktiver ist als die außerhalb
der Entladungsstrecke liegenden Teile. Solche Kathoden sind z. B. zylinderförmige
Kathoden, deren Innenfläche aktiver als die Außenfläche ist. Bei solchen Kathoden
tritt jedoch nicht zwangläufig die erstionisierende Wirkung ein, wie sie durch die
Entionisi.erungselektroden gemäß der Erfindung bewirkt wird. Dies hat seine Ursache
darin, daß bei den bekannten Anordnungen. wenn die Entladungsstrecke im wesentlichen
raumladungsfrei ist, kein so großer Teil der elektrischen Feldlinien auf den weniger
aktiven Kathodenteilen enden, daß ein ins Gewicht fallender Anteil der noch vorhandenen
Ladungsträger aus der Entladungsstrecke hinausgezogen wird. Ferner übt bei den bekannten
Kathoden die der Anode zugewandte Zylinderstirnfläche eine Spitzenwirkung aus, so
daß auf dieser Stirnfläche, wenn die Entladungsstrecke im wesentlichen raumladungsfrei
ist, die Mehrzahl der Feldlinien endet. Da diese Stirnfläche bzw. die ihr benachbarten
Teile zur aktiven Kathodenfläche gehören. können die noch vorhandenen nicht aktiven
Kathodenteile, da auf ihnen nur eine geringe Anzahl der Feldlinien auftritt, keine
nennenswerte entionisierende Wirkung verursachen.
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Die Entionisierungselektrode nach der Erfindung kann eine selbständige
Elektrode sein. Man kann dazu aber auch einen Teil der Kathode selbst verwenden,
der, wenn er weniger aktiv ist als der übrige Teil, als Hilfselektrode wirkt. An
Hand dieser einfachen, alle Erfindungsmerkmale aufweisenden Ausführungsform, die
in den Fig. 1 und 2 schematisch dargestellt ist, werden die Erfindung sowie weitere
Merkmale derselben näher erläutert.
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In der schematischen Fig. 1 besteht die Kathode K aus einem aktiven
Teil 1 mit niedriger Elektronenaustrittsarbeit und aus einem wesentlich weniger
aktiven Teil 2 mit hoher Elektronenaustrittsarbeit, wobei die Teile 1 und 2 elektrisch
miteinander verbunden sind. Wird nach dem Löschen einer Röhre zwischen der `mode
A und der Kathode K erneut die Betriebsspannung angelegt, so verlaufen zwischen
diesen beiden Elektroden die elektrischen Feldlinien 3 im wesentlichen in der dargestellten
Weise. Man erkennt sofort, daß ein großer Teil der Feldlinien auf dem Teil 2 endet,
was zur Folge hat, daß ein erheblicher Teil der sich zwischen Anode und Kathode
befindlichen positiven Ionen auf diesen Teil hingezogen wird. Da dieser Teil voraussetzungsgemäß
weit weniger aktiv als der
Teil 1 sein soll, können die auf ihn
auftreffenden Ionen nur wenig Elektronen auslösen; andererseits treffen aber auf
den aktiven Teil 1 erheblich weniger Ionen auf, als dies ohne das Vorhandensein
des Teils 2 der Fall wäre, so daß auch diese nicht die zur Aufrczliterlialtung einer
selbständigen Entladung not-,vendigen Elektronen erzeugen können. Durch das Abz
iehen der Ionen auf den Teil 2 wird es also bei gleicher Vorion:-sierung möglich,
zwischen Kathode @@i d Anode bereits zu einer Zeit die Betriebsspannung wieder anzulegen,
ohne daß die Röhre gezündet wird, l: ei der ohne diese Maßnahme infolge der Ionisation
der Hauptentladungsstrecke in dieser eine selbständige Entladung hervorgerufen würde.
Ebenso ist auch eine stärkere Vorionisierung zulässig, ohne daß es zur Wiederzündung
kommt. Dadurch wird eine raschere Folge von Schaltungen ermöglicht, was gleichbedeutend
ist mit einer verkürzten Entionisationszeit im technischen Sinn.
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Wird nun z. B. durch eire nicht dargest°llte Start?r-#:?ektrode die
Hauptentladung gezündet, so treten die in Fig. 2 schematisch dargestellten Verhältnisse
auf. Solange die Entladungsstromstärke einen gewissen Betrag nicht überschreitet,
bleibt die Entladung praktisch auf den aktiven Teil 1 der Kathode K beschränkt und
bildet vor diesem eine Raumladung 4. Dadurch bildet sich zwischen dieser Raumladung
4 und dem aktiven Teil 1 der Kathode K ein starkes elektrisches Feld aus, demgegenüber
das Feld zwischen der Anode _-1 und dem Teil 2 der Kathode K vernachläss.igl:ar
ist. hur am Rande der Raumladung 4 tritt ein umvesentlicher Verlust auf, indem einzelne
positive Ionen auch auf den Teil 2 der Kathode K fallen und so zur Aufrechterhaltung
der Entladung weniger betra#zen als die auf den Teil 1 fallende Masse der Ionen.
Bei gezündeter Glimmentladung verursachen die zusätzlichen Flächen deshalb keine
merkliche Änderung rl@- Entladungszustandes, insbesondere auch keine :_,erkliche
Erhöhung der Brennspannung.
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Die entionisierende Wirkung von solchen weniger aktiven Zusatzflächen
ist um so größer, je größer diese Flächen im Verhältnis zur Fläche der aktiven Kathode
sind.
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Eine ebenso gute Wirkung erhält man jedoch bei Verwendung einer Hohlkathode
nach Fig. 3. In Fig. 3 befindet sich der aktive Teil 1 nur im Spalt der Kathode
K, während die Seitenflügel 2 weniger aktiv sein sollen als die Fläche 1. Bei dieser
Ausführung kann die aktive Fläche beliebig groß sein., da es für die erfindungsgemäße
Wirkung nur noch auf das Verhältnis der Fläche 2 zur Eintrittsöffnung der Fläche
1 ankommt.
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Als geeignet haben sich Reinmetallkathoden gezeigt, wobei insbesondere
solche aus Molybdän oder Tantal gute Eigenschaften aufweisen. In vielen Fällen ist
es bei diesen Kathoden bereits ausreichend, die Aktivierung, z. B. durch Zerstäubung
der Oberfläche, auf einen Teil derselben zu beschränken, wobei der übrige Teil als
Entionisator wirkt. Grundsätzlich müssen der aktive Teil der Kathode und die entionisierenden
Flächen eine unterschiedliche Eiektronenaustrittsarbeit haben. Dies kann durch unterschiedliche
Aktivierung beider Teile erreicht werden. Die Wirkung kann gemäß einem weiteren
Merkmal der Erfindung dann noch dadurch verbessert werden, daß man den nicht aktiven
Teil der Oberfläche künstlich desaktiviert. 1lan kann zu diesem Zweck auf diesen
Teil der Oberfläche eine Halbleiterschicht aufbringen. Es ist aber auch möglich,
diese Teile mit einem Metallüberzug zu versehen, dessen Elektronenaustrittsarbeit
größer ist als die Elektronenaustrittsarbeit des aktiven Teils der Kathode, oder
ganz aus einem solchen Metall herzustellen. In manchen Fällen kann eine besonders
einfach herzustellende Kathode auch dadurch erreicht werden, daß nur der aktive
Teil der Kathode ,ijs einer Schicht mit niedriger Austrittsarbeit besteht.