DE608859C - Schaltung einer als Drei- oder Mehrelektrodenroehre ausgebildeten Photozelle - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AlH
2. FEBRUAR 1935

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

JVl 608 KLASSE 21 g GRUPPE

21g W264.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 16. März 1930 ab

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung für Photozellen, die gegenüber den bekannten Schaltungen lichtempfindlicher Zellen eine wesentliche Steigerung der Empfindlichkeit und der Ausgangsleistung· aufweist. Es ist bereits bei der Dynatronschaltung für Verstärker bekanntgeworden, eine wesentliche Steigerung des Verstärkungsgrades durch Erzielung einer negativen Widerstands-Charakteristik herbeizufühnen. Die Erfindung überträgt dieses Prinzip auf Photozellen und erreicht dadurch eine Endleistung der Photozelle, die mit den bekannten Zellen ohne Nachschaltung eines Verstärkers nicht erreicht werden kann. Gleichzeitig wird die Empfindlichkeit in weitgehendem Maße gesteigert. Die Erfindung besteht daxin, daß unter Verwendung einer an sich bekannten, als Drei- oder Mehrelektrodenröhre ausgebildeten Photozielle, bei der unter Einwirkung eines Elektronienbombardements aus der Photokathode Sekundärelektronen ausgelöst werden, im Außenkneis der Photokathode und der Anode ein derartiger Widerstand eingeschaltet ist, daß ganz oder teilweise die negative Widerstandscharakteristik in dem Raum zwischen Photokathode und Anode kompensiert.

Zweckmäßig werden die Elektrödenspannungen derart bemesslen, daß die ZeBe im Mittel an dem ersten Nullpunkt der Photokathodenspannungs-Anodensrnomcharakteristik arbeitet. Bei dieser Arbeitsweise ergibt sich im allgemeinen die günstigste Wirkung. Die Photozelle muß derart betrieben werden, daß die ganze Sekundäremission und die Photoemission durch die Anode absorbiert wird, so daß keine nennenswerte Energie an der Kathode verbraucht wird, die dementsprechend kalt bleibt.

Die Leistung der Schaltung nach der Erfindung läßt sich noch weiterhin dadurch erheblich steigern, daß der Strom zwischen photoelektrischer Fläche und Anode unter dem Einfluß eines oder mehrerer Steuermittel (Elektroden, Spulen o.dgl.) steht, die mittelbar oder unmittelbar entsprechend den Stromschwankungen zwischen photoelektaischer Fläche und Anode gesteuert werden.

Die Abbildungen stellen Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung schematisch dar, und zwar zeigt:

Abb. ι einen im wesentlichen schematischen Längsschnitt durch eine PhotozeUe .für die erfindungsgiemäße Schaltung,

Abb. 2 und 3 ,entsprechende DarsteUungem von zwei Ausführungsformen g&oaä& der Erfindung.

In Abb. ι ist α ein Heizfaden, der durch' die Träger & und C in dem Fußßi gehalten wird und durch eine geeignete Federung¹, beispielsweise eine Federe¹, straff gehalten wird und mittels an die Träger & und C in dem. Yv&d angeschlossener Drähte von einer Batterie λ: aus beheizt wird. Der Heizfaden α wird von einer Anode d? umgeben, die zweckmäßig als Spirale aus verhältnismäßig starkem Draht ausgebildet ist und von der Batterie y aus

gegenüber dem Heizfaden« ein positives Potential erhält. Die Träger des Heizfadens a und der Anode«² sind in dem Fuß rf befestigt, der "mit dem Glaskörpern verschmolzen ist. Auf der Innenfläche des Glaskörpers e ist eine Photokathode g angeordnet, die zweckmäßig nicht über die Enden der Anode«² vorspringt. Die Photokathode g ist mit einer Klemmeg³ durch einen MetaUriing g"¹ und ίο eine Leitung g² verbunden. An die Klemme g"³ ist über eine Vorrichtung z, die in eimern Widerstand, wie einem Ohmschen Widerstand, ' einem Induktionswiderstand oder der Primärwicklung eines Transformators bestehen kann, ein negatives Potential gegenüber der Anode ϋ?, jedoch ein positives Potential gegenüber dem Heizfaden α gelegt. Die Photokathode g besteht zweckmäßig aus einer halb durchsichtigen Schicht. Die Außenfläche des Glaskörpers e ist gegenüber der Photokathode g·, diese übergreifend, versilbert. Dieser versilberte Teil/i erhält ein negatives Potential gegenüber der Photokathode g und weist einen Schlitz auf, in dem die Versilberung unter brechen ist und durch den das Licht einfällt, so daß die Zelle infolge der wiederholten inneren Reflektionen annähernd die Absorption eines schwarzen Körpers besitzt. Der versilberte Teil k bildet gleichzeitig *eine elektrische Abschirmung. Die Wirkung· der Zelle ist derart, daß die von dem Heizfaden a ausgesandten Elektronen durch die Anode α² angezogen werden, einige der Elektronen treten durch die Zwischenräume der Anode hindurch und treffen auf die Phoitokathode.g" auf, in der sie Sekundärelektronen auslösen, die durch die Anode a? oder die Kathode £ oder beide, je nach den gegenseitigen Potentialen, absorbiert werden. Eine geeiiglnete Einregelung dieser Potentiale zusammen mit einer Einregelung des Potentiates der Hilfselektrode Λ führen einen Zustand herbei, in dem die Zahl der eintretenden und austretenden Elektronen an der Photokathode g gleich ist. In diesem Punkt wird keine nennenswerte Energie an der Photokathode g verbraucht, die daher, abgesehen von der Wärmestrahlung des Heizfadens « und der Anode«², kalt bleibt. Die Wirkung des auf die Photokathodei,»' fallenden Lichtes besteht darin, daß die Zahl der die Photokathode verlassenden Elektronen vergrößert wird und die Zelle diese Wirkung, richtige Einstellung vorausgesetzt, weiterhin verstärkt. Diese Ver-Stärkung wird verständlicher, wenn man den Fall betrachtet, daß die der Photokathode g aufgedrückten Spannungen verändert werden, die Spannungen der übrigen Elektroden jedoch konstant bleiben. Beginnt man mit NuM und steigert das positive Potential der Photokathode |* gegenüber dem Heizfaden«, so wird der Strom durch die Vorrichtung2 allmählich bis zu 'einem gewissen Punkt zunehmen. Nach diesem Punkt wird der Strom wieder-abfallen und zu Null werden, um dann 6g in den negativen Bereich bis zu einem Punkte einzutreten, von dem an der Strom wieder zu Null wird, dann positiv wird und bei weiterer Steigerung des positiven Potentials der Photokathode steigt. Zweckmäßig wird die Zelle auf dem Punkte betrieben, in dem der Strom durch die Vorrichtung ζ zum erstenmal auf Null zurückkehrt, da an diesem Punkt eine weitere Potentialsteigerung eine Abnahme des Stromes bedingt, und umgekehrt. Mit anderen Worten: Die Vorrichtung hat negativen .Widerstand. Wenn bei dieser Einstellung Licht auf die Photokathode g fällt, fließt ein Strom durch die Vorrichtung z, der eine Spannungsdifferenz zwischen den Klemmen derselben verursacht, derart, daß ein positives, auf die Photokathodeg" aufgedrücktes Potential weiterhin den Strom durch die Vorrichtung ζ in dem .gleichen Sinne steigert usw., so daß schnell ein Strom bis zur Erreichung des Gleichgewichtszustandes zum Fließen kommt, derart, daß die Spannung an den Klemmen der Vorrichtung 2 wesentlich- größer ist, als sie es ohne eine derartige Selhstverstärkung sein würde. Die Hilfselektrode h ist für die beschriebene Wirkung nicht wesentlich, jedoch verbessiert ihre Verwendung die Eigenschaften der Zelle, und wenn geeignete Potentiale an diese Hilfselektrode gelegt werden, !entspricht die Wirkung einer Verringerung des, Abstandes zwischen der Anode ta? und der Photokathode g. Auch können Spannungsinapulse von der Vorrichtung ζ aus durch irgendwelche geeignete Kopplungsmittel an die Hilfselektrode gelegt werden, "so daß die Selbstverstärkung weiterhin vergrößert wird. In ähnlicher Weise können Steuervorrichtungen, wie ein oder mehrere Gitter, zwischen dem Heizfaden, α und der Anode«² oder auch eine Spule um die Zelle angeordnet werden, die von der Vorrichtung 2 aus für den gleichen Zweck Impufee aufgedrückt erhalten. Es ist mitunter wünschens'-wert, daß die Impulse einer Photozelle elektrische Schwingungen modulieren oder durch eine elektrische Schwingung moduliert werden, zu welchem Zwecke ein Schwingungskreis o. dgl. an einen oder mehrere der Kreise der Elektroden oder Steuervorrichtungen angekoppelt oder in diese eingeschiossien werden kann und die elektrischen Schwingungen durch die Zelle selbst erzeugt werden.

Es ist zweckmäßig, als Werkstoff für die Photokathode leinen solchen zu wählen, der empfindlich gegen Kathodenstrahlen ist, wie beispielsweise Aükalühalogene oder Hydride, beispielsweise Kaliumhydrid. Die Zelle muß

Claims (8)

1. Ö08859

   im allgemeinen ein hohes Vakuum besitzen, kann jedoch ein oder mehrere Gase, inerte oder andere, beispielsweise Argon, Helium oder andere seltene Gase, mit jedem. Druckanteil enthalten, um den jeweiligen besonderen Anforderungen zu genügen.

   Die Vorrichtung 2 kann mit in dem Glaskörper e oder in dessen Sockel enthalten sein. Sie kann aber auch an der Zelle als unmittelbar zugehöriger Teil befestigt werden. Wenn Lichtimpulse veränderlicher Intensität auf die Zelle einwirken, kann diese derart eingeregelt werden, daß der Strom in dem Anodenkreis für die mittlere Intensität zu Null wird, wodurch die Vorrichtung über ein breiteres Band von Lichtintensitäten verwendet werden kann, ohne daß eine unerwünschte Temperatursteigerung an der Photokathode auftritt.

   Die Hilfselektrode h kann durch eine leitende Flüssigkeit gebildet werden, die in einer ringförmigen Kammer um die Kathode g enthalten ist, derart, daß die Kammer zweckmäßig als Teil der Glashülle e ausgebildet wird.

   Die Zelle braucht nicht, wie in Abb. 1 gezeigt, konzentrisch ausgebildet zu werden, auch braucht die Photokathode oder Hilfselektrode nicht auf der Glashülle angeordnet zu sein. Abb. 2 zeigt eine andere Ausführungsform, bei der der Heizfaden α (gerade, umgekehrt V-förmig oder in jeder anderen Form)

   , durch eine Anode a? umgeben wird, die als abgeplattete Spirale aus Metallband oder Draht ausgebildet ist. Gegenüber einer der abgeplatteten Flächen der Anode«² ist die photoelektrische Kathode g· angeordnet, die durch einen Träger/, beispielsweise aus Glas oder Glimmer, getragen wird. Die Photokathodeg" ist durch die Leitung g² mit der Klemme«·³ verbunden. Der Träger/ kann an einer oder mehreren metallischen Stützen,/¹ befestigt sein, die gleichzeitig als Verbindung zur Hilfselektrode k dienen, die auf der der Photokathode abgekehrten Oberfläche des Trägers/ angeordnet ist. Das Licht kann durch eine oder mehrere Öffnungen in der Hilfselektrode k oder annähernd parallel zur Ebene der Photokathode, g und der Hilfselektrode/i einfallen; die letztgenannte Richtung ist in einigen Fällen von außerordentlidh großem Vorteil. Eine weitere Photokafhode kann gegenüber der anderen abgeplatteten Fläche der Anode«² angeordnet und mit der Klemme g³ verbunden oder unabhängig angeschlossen sein, um eine Vorrichtung· zu bilden, die auf zwei getrennte Lichtimpulse gleichzeitig und unabhängig anspricht.

   In zwei oder mehrere Abschnitte unterteilte Photokathoden, deren Einzedab schnitte an unabhängige Auslaßkreise angeschloisisen sind, sind in manchen Fällen zweckmäßig, beispielsweise für das Dreifafbenfernsehen.

   Bei der in Abb. 3 gezeigten' Konstruktion besitzt der Heizfaden α irgiendeine geeignete Form und wird in deir vorher beschriebenen Weise, jedoch in einer horizontalen Ebene, in dem Glaskörper e gehalten. Der obere Teil des Glaskörpers e ist im Inneren mit einer Photokathode g versehen und außen mit einer Hilfselektrode k. Die Anode besitzt die Form einer dünnen, metallischen Zwischenwand a^s, die in den Glaskörpern zwischen der Kathode £ und dem Heizfaden α eingeschmolzen ist, so daß sie das Innere des Glaskörpers in zwei Abteile ^¹ und e* unterteilt. Die Anode ist derart ausgebildet, daß sie die Kafhodenstrahlen hindurchliäßt, jedoch das Licht von dem Heizfaden.α von einer Beeinflussung der lichtempfindlichen Oberfläche zurückhält. Die Kammer £² kann einen anderen Druck oder auch ein anderes Gas enthalten, als die Kammer e¹. Die Hilfselektrode h besitzt ein gie- · ringeres positives Potential als die Photokathode g,

   Ρλ τε ντλnsprOcηε:

   Ί. Schaltung einer als Drei- oder Mehrelektrodenröhre ausgebildeten Photozelle, bei der unter Einwirkung eines Elektronenbombardements aus der Photokathode Sekundärelektronen ausgelöst werden, dadurch gekennzeichnet, daß im Außenkreis der Photokathode und Anode ein derartiger Widerstand 'eingeschaltet ist, daß ganz oder teilweise die negative Widerstandscharakteristik in dem Raum zwischen Photokathode und Anode kornpensiert.
2. 2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die Elektroden der Photozelle derartige Spannungen angelegt sind, daß die Zelle im Mittel an dem ersten Nullpunkt der Photokathodenspannungs - Anodenstromcharakteristik arbeitet.
3. 3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom zwischen photoelektrischer Fläche und Anode unter dem Einfluß eines oder mehrerer Steuermittel (Elektroden, Spulen o. dgl.) steht, die mittelbar oder unmittelbar¹ entsprechend den Sltromschwankungen zwischen photo elektrischer Fläche und Anode gesteuert werden.
4. 4. Photozelle für Schaltungen nach An-■ spruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Photokathode aus halbdurchsichtigem photoelektrischem Werkstoff besteht, durch den die Lichtstrahlen hindurchgehen und

   60S

   an der Stelle der Photo-kathode wieder austreten, die der Einwirkung der Kathodenstrahlen ausgesetzt ist.
5. 5. Photozielle für Schaltungen nach Anspruch ι und 4, dadurch, gekennzeichnet, daß als Photokathode iein Werkstoff, vorzugsweise ein MetaHihalogien, dient, dessen photoelektrische Empfindlichkeit unter der Einwirkung von Kathodenstrahlein steigt.
6. 6. Photozelle für Schaltungen nach. Anspruch i, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß nahe der Photokathode an der der Anode abgekehrten Seite derselben eine Hilfselektrode angeordnet ist und daß zweckmäßig zwischen der Photokathode und der Hilfselektrode .ein festes durchsichtiges Didektrikum. vorgiasiehteni ist*.
7. 7. PhotozeEe für Schaltungen nach Anspruch ι bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Elektroden oder Spulen in oder an der Zelle derart angeordnet sind, daß sie den Elektroneinistrom zwischen der ICathodenstriahlquelte und der Anode verändern, wenn geeignete Potentiale oder Potentialänderungen an diese Elektroden oder Sipulen zwecks Änderung der Arbeitsbedingungen der Zeüe und zur Erhöhung der LichtempfinÄdhkeit gelegt werden.
8. 8. Photozelle für Schaltungen nach Anspruch ι bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die EatnodenstrahlqueUe in einer Abteilung und die lichtempfindliche Fläche in einer anderen Abteilung des Behälters angeordnet ist und .eine Anode in Form einer dünnen, die Kathodenstrahlen durchlassenden, die Lichtstrahlen der Kathodens trahiquelle jedoch zurückhaltenden metallischen Scheidewand ohne Öffnungen zwischen den beiden Abteilungen vorgesehen ist und daß gegebenenfalls in den beiden Abteilungen verschiedenes Vakuum herrscht und verschiedene Gase vorhanden sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen