DE1135109B

DE1135109B - Device for amplifying electrical voltages

Info

Publication number: DE1135109B
Application number: DEN12520A
Authority: DE
Inventors: Gesinus Diemer
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1955-07-26
Filing date: 1956-07-21
Publication date: 1962-08-23
Also published as: NL108188C; NL199222A; FR1155088A; CH342609A; GB838438A; NL276487A; BE549786A

Description

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

ANMKLDETAG: 21. JULI 1956NOTICE DATE: JULY 21, 1956

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT:NOTICE THE REGISTRATION AND ISSUE OF EDITORIAL:

23. A U G U S T 196223. A U G U S T 1962

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zum Verstärken von elektrischen Spannungen, das ohne Vakuumröhren arbeitet. Das Gerät enthält eine dünne Schicht aus elektroleuchtendem Material, das an den beiden Flächen mit Elektroden für die Eingangsspannung des Gerätes versehen ist, von denen die eine aus durchsichtigem Material bzw. einem Gitter besteht, und mit einer an der Seite dieser Elektroden angeordneten Schicht aus lichtempfindlichem Material, die mit zwei Elektroden für die Ausgangsspannung des Gerätes versehen und parallel zu der Elektro-Ieuchtschicht angeordnet ist, so daß sie von der Strahlung der letzten getroffen wird.The invention relates to a device for amplifying electrical voltages without Vacuum tubes works. The device contains a thin layer of electro-luminous material that is attached to the Both surfaces are provided with electrodes for the input voltage of the device, one of which made of transparent material or a grid, and with one on the side of these electrodes arranged layer of photosensitive material with two electrodes for the output voltage of the device and is arranged parallel to the electro-luminous layer so that it is of the Radiation the last is hit.

Es sind fotoelektrische Elemente bekannt, zwischen deren Elektroden von auf das Element einfallendem Licht eine Spannung erzeugt wird. Auch sind elektroleuchtende Elemente bekannt, deren elektroleuchtendes Material beim Anlegen einer Spannung an die das Material einschließenden Elektroden aufleuchtet. Photoelectric elements are known, between the electrodes of which is incident on the element Light a voltage is generated. Electro-luminous elements are also known, their electro-luminous ones Material lights up when a voltage is applied to the electrodes enclosing the material.

Es ist bekannt, derartige fotoelektrische und elektroleuchtende Elemente hintereinanderzuschalten. Das auf das fotoelektrische Element fallende Licht läßt sich damit auf elektrischem Wege verstärken. Auf die gleiche Weise lassen sich auch die unsichtbaren Röntgenstrahlen in sichtbares Licht umwandeln. It is known to connect such photoelectric and electrically luminous elements in series. The light falling on the photoelectric element can thus be amplified electrically. In the same way, the invisible X-rays can also be converted into visible light.

Schließlich ist auch ein als Verstärker wirkendes Gerät bekannt, bei dem ein elektroleuchtendes und ein fotoelektrisches Element hintereinandergeschaltet sind. Ein solcher Verstärker ist in Fig. 1 dargestellt. Auf einem Träger 1, z. B. einer Glasplatte, befindet sich dabei eine erste Elektrode 2 aus einem leitenden Material. Diese Elektrode 2 kann z. B. aus einer Aluminiumfolie bestehen. Auf dieser Folie 2 ist eine dünne Schicht 3 aus lichtreflektierendem Material, z.B. Titanoxyd (TiO₂), angeordnet, auf der wiederum eine Schicht 4 aus einem elektroleuchtenden Material, z. B. in einem Dielektrikum suspendierten Zinksulfid (ZnS), angebracht ist. Die Leuchtmaterialschicht ist mit einer lichtdurchlässigen Elektrode 5 bedeckt. Diese sehr dünne Schicht besteht aus einem lichtdurchlässigen, leitenden Material, z. B. Zinnoxyd (SnO) oder auch aus einer dünnen Metallschicht oder einem Metallgitter. Eine dann folgende Schicht 6 besteht aus einem lichtempfindlichen Material, z. B. Cadmiumsulfid (CdS), und ist mit einer dritten gleichfalls aus Aluminium gefertigten Elektrode 7 überdeckt.Finally, a device acting as an amplifier is also known, in which an electrically luminous and a photoelectric element are connected in series. Such an amplifier is shown in FIG. On a carrier 1, e.g. B. a glass plate, there is a first electrode 2 made of a conductive material. This electrode 2 can, for. B. consist of an aluminum foil. A thin layer 3 of light-reflecting material, for example titanium oxide (TiO ₂ ), is arranged on this film 2, on which in turn a layer 4 of an electro-luminous material, e.g. B. zinc sulfide (ZnS) suspended in a dielectric is appropriate. The luminous material layer is covered with a transparent electrode 5. This very thin layer consists of a translucent, conductive material, e.g. B. tin oxide (SnO) or from a thin metal layer or a metal grid. A then following layer 6 consists of a photosensitive material, for. B. cadmium sulfide (CdS), and is covered with a third electrode 7 also made of aluminum.

Zwischen den Elektroden 2 und 5 liegt die Eingangsimpedanz 8 in Reihe mit einer Hilfsspannungsquelle 10. Zwischen den Elektroden 5 und 7 hegt dieBetween the electrodes 2 and 5, the input impedance 8 is in series with an auxiliary voltage source 10. Between the electrodes 5 and 7 lies the

Gerät zum Verstärken von elektrischen SpannungenDevice for amplifying electrical voltages

Anmelder:Applicant:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken, Eindhoven (Niederlande)N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken, Eindhoven (Netherlands)

Vertreter: Dr. rer. nat. P. Roßbach, Patentanwalt, Hamburg 1, Mönckebergstr. 7Representative: Dr. rer. nat. P. Roßbach, patent attorney, Hamburg 1, Mönckebergstr. 7th

Beanspruchte Priorität: Niederlande vom 26. Juli 1955 (Nr. 199 222)Claimed priority: The Netherlands of July 26, 1955 (No. 199 222)

Gesinus Diemer, Eindhoven (Niederlande), ist als Erfinder genannt wordenGesinus Diemer, Eindhoven (Netherlands), has been named as the inventor

Ausgangsimpedanz 9 in Reihe mit einer Gleichspannungsquelle 11.Output impedance 9 in series with a DC voltage source 11.

Die Spannungsquelle 10 liefert eine Gleichspannung, die höher als die Amplitude der zu verstärkenden Spannung ist. Letztere ist also· einer Gleichspannung überlagert. In bestimmten Fällen, je nach den Eigenschaften des elektroleuchtenden Materials, ist es günstiger, als Hilfsspannung eine Wechselspannung zu benutzen. In diesem Falle wird deren Amplitude größer als die maximale Amplitude der zu verstärkenden Spannung und deren Frequenz niedriger als, oder niedrig gegenüber der Frequenz der letzteren gewählt. Man kann dabei die zu verstärkende Spannung betrachten, als ob sie der Hilfswechselspannung überlagert sei. Es ergibt sich dabei, daß das ausgesandte Licht mit der zu verstärkenden Spannung moduliert ist.The voltage source 10 supplies a direct voltage that is higher than the amplitude of the amplitude to be amplified Tension is. The latter is therefore superimposed on a direct voltage. In certain cases, depending on Due to the properties of the electro-luminous material, it is more favorable than an alternating voltage as an auxiliary voltage to use. In this case, their amplitude is greater than the maximum amplitude to be amplified Voltage and its frequency lower than, or low compared to, the frequency of the latter chosen. The voltage to be amplified can be viewed as if it were the auxiliary alternating voltage is superimposed. It follows that the emitted light with the voltage to be amplified is modulated.

Durch die Spannung zwischen den Elektroden 2 und 5 wird das elektroleuchtende Material zur Lichtemission angeregt, wobei die Lichtintensität in hohem Maße vom Wert der zu verstärkenden Spannung abhängt. Die Helligkeitsänderungen, die den Rhythmus der zu verstärkenden Spannung haben, bewirken entsprechende Widerstandsänderungen im Fotoleiter 6. Die Widerstandsänderungen werden in Stromänderangen umgewandelt. Die Impedanz 9 kann die Verbraucherimpedanz sein, oder die verstärkten Spannungen können dieser Impedanz entnommen werden.Due to the voltage between the electrodes 2 and 5, the electro-luminous material is used to emit light excited, whereby the light intensity depends to a large extent on the value of the voltage to be amplified. The changes in brightness, which have the rhythm of the voltage to be amplified, have a corresponding effect Changes in resistance in the photoconductor 6. The changes in resistance are converted into current changes converted. The impedance 9 can be the load impedance or the amplified voltages can be taken from this impedance.

209 637/363209 637/363

Es wird möglich, sein, auf die beschriebene Weise Spannungen mit Frequenzen zwischen 50 Hz und 100 kHz zu verstärken. Wenn die zu verstärkende Spannung einer Wechselspannung überlagert ist, so kann die Frequenz der letzteren am besten zwischen 10 und 100 Hz liegen.It will be possible, in the manner described, to have voltages with frequencies between 50 Hz and Amplify 100 kHz. If the voltage to be amplified is superimposed on an alternating voltage, then so the frequency of the latter can best be between 10 and 100 Hz.

Bei optimaler Einstellung der Spannungen kann bei Anwendung der erwähnten Materialien eine Steilheit von etwa lOmA/V bei einer Eingangskapazität von etwa 20 pF erzielt werden. Letztere kann nahezu verlustfrei sein. Die Ausgangskapazität beträgt etwa 30 pF bei einem Ausgangswiderstand von einigen Zehnern kOhm, Die Ausgangsimpedanz 9 ist von gleicher Größenordnung.If the tensions are set optimally, there can be a steepness when using the materials mentioned of about 10 mA / V with an input capacitance of about 20 pF can be achieved. The latter can be almost lossless. The output capacitance is approximately 30 pF with an output resistance of a few tens of kOhm, the output impedance 9 is from same order of magnitude.

Wenn eine Hilfsspannung mit der zu verstärkenden Spannung moduliert wird, kann die Frequenz der ersteren 10⁴ bis 10⁵ Hz betragen, wenn die Frequenz der zu verstärkenden Spannung sich von 10 bis IO⁴ Hz ändert. Die Wechselspannungskomponente der Hilfsspannung kann mit Hilfe von Filtern oder Kondensatoren aus der Ausgangsspannung entfernt werden.If an auxiliary voltage is modulated with the voltage to be amplified, the frequency of the former can be 10 ⁴ to 10 ⁵ Hz if the frequency of the voltage to be amplified changes from 10 to 10 ⁴ Hz. The alternating voltage component of the auxiliary voltage can be removed from the output voltage with the aid of filters or capacitors.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Kapazität insbesondere zwischen den Elektroden des Ausgangskreises dieses bekannten Gerätes groß ist und störend wirkt. Die Erfindung bezweckt, die Kapazität zwischen den Elektroden soweit wie möglich herabzusetzen. However, it has been shown that the capacitance especially between the electrodes of the output circuit this known device is large and disturbing. The invention aims to increase the capacity between lower the electrodes as much as possible.

Bei einem als Verstärker dienenden Gerät der beschriebenen Art wird dieser Nachteil gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß die Schicht aus elektroleuchtendem Material durch einen Zwischenraum von dem lichtempfindlichen Element getrennt ist und die Elektroden derart an zwei Rändern der lichtempfindlichen Schicht angeordnet sind, daß der sie durchfließende Strom parallel zu ihr verläuft. Die Kapazität zwischen den Ausgangselektroden ist bei dieser Ausbildung wesentlich kleiner als bei derjenigen des bekannten Gerätes. Außerdem ist eine Durchstrahlung der ganzen lichtempfindlichen Schicht durch das elektroleuchtende Licht nicht notwendig. Die erzeugte Strahlung kann mithin völlig zum Modulieren der an der fotoempfindlichen Schicht erzeugten Spannung benutzt werden. Die fotoempfindliche Schicht kann deshalb in einem größeren Abstand von der elektroleuchtenden Schicht angeordnet werden, ohne daß ein nennenswerter Lichtverlust eintritt.In a device of the type described serving as an amplifier, this disadvantage becomes apparent according to the invention thereby avoided that the layer of electro-luminous material through a gap is separated from the photosensitive element and the electrodes so on two edges of the photosensitive layer are arranged that the current flowing through it runs parallel to it. the The capacitance between the output electrodes is much smaller in this design than in the one of the known device. In addition, the entire light-sensitive layer is transmitted through the electric glowing light is not necessary. The generated radiation can therefore be completely modulated the voltage generated on the photosensitive layer can be used. The photosensitive layer can therefore be arranged at a greater distance from the electroluminescent layer without that there is a significant loss of light.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die lichtempfindliche Schicht als dünne Schicht ausgebildet und sind deren Elektroden an einander gegenüberliegenden Rändern der Schicht angebracht. Vorzugsweise sind die Elektroden der lichtempfindlichen Schicht dabei streifenförmig ausgebildet. Das elektroleuchtende Element ist dabei durch einen Block aus durchsichtigem Material mit hohem Brechungsindex vom lichtempfindlichen Element getrennt.According to a further development of the invention, the light-sensitive layer is designed as a thin layer and their electrodes are attached to opposite edges of the layer. Preferably the electrodes of the light-sensitive layer are designed in the form of strips. The electro-luminous one Element is made up of a block of transparent material with a high refractive index separated from the photosensitive element.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der elektroleuchtende Körper von zylindrischer Gestalt und ist das lichtempfindliche Element stabförmig ausgebildet. Das Gerät erhält dadurch eine sehr gedrungene, für die Praxis sehr günstige Form. Die Erfindung wird an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.According to a further embodiment of the invention, the electrically luminous body is cylindrical Shape and the photosensitive element is rod-shaped. This gives the device a very compact shape, which is very useful in practice. The invention is based on the in the drawing illustrated embodiments explained in more detail.

Fig. 2 zeigt ein Gerät mit einer fotoempfindlichen Schicht nach der Erfindung; Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform des Gerätes in schaubildlicher Darstellung; Fig. 4 zeigt das Gerät nach Fig. 3 im Schnitt.Fig. 2 shows an apparatus having a photosensitive layer according to the invention; Fig. 3 shows another embodiment of the device in a perspective view; Fig. 4 shows the device according to Fig. 3 in section.

Bei dem Gerät nach Fig. 2 ist das elektroleuchtende Element auf gleiche Weise wie in Fig. 1 ausgebildet. Das lichtempfindliche Element ist jedoch von ganz anderer Gestalt. Auf der Elektrode 5 ist hier ein isolierendes durchsichtiges Materialstück 12 mit hohem Brechungsindex, z. B. Methylmetacrylat, angebracht. Dieses führt die Lichtstrahlen zu dem wieder schichtförmig ausgebildeten lichtempfindlichen Element 13, das an der rechten Seitenfläche des erwähnten Stoffes 12 angebracht ist. Das Element 13 hat zwei streifenförmige Elektroden 14 und 15, zwischen denen der Ausgangskreis angeschlossen ist.In the device according to FIG. 2, the electrically luminous element is designed in the same way as in FIG. However, the photosensitive element is of a completely different shape. On the electrode 5 is here an insulating transparent piece of material 12 with a high refractive index, e.g. B. methyl methacrylate, appropriate. This guides the light rays to the light-sensitive layer, which is again formed in a layered manner Element 13 attached to the right side surface of said fabric 12. The element 13 has two strip-shaped electrodes 14 and 15, between which the output circuit is connected.

Eine andere Ausführungsform des Gerätes nach der Erfindung ist in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Das elektroleuchtende Material 24 ist dabei auf einer Elektrode 22 angebracht, welche die innere Fläche eines Glasröhrchens 16 bedeckt. Auch in diesem Falle kann wieder eine Zwischenschicht 23 aus weißreflektierendem Material verwendet werden. Die zweite Elektrode 25 ist gleichfalls zylinderförmig gestaltet. Im verbleibenden Raum befindet sich in der Mitte in einem Abstand von der erwähnten zweiten Elektrode ein Stab 19 aus lichtempfindlichem Material, dessen an den Enden des Zylinders vorstehende Enden mit Metallelektroden 17 und 18 versehen sind, zwischen denen der Ausgangskreis liegt. Mit 26 ist ein Isolierring bezeichnet. Auch hierbei ist die Ausgangskapazität verhältnismäßig gering. Das Stäbchen kann eine Länge von etwa 10 mm bei einem Durchmesser von 1 mm haben.Another embodiment of the device according to the invention is shown in FIGS. That Electro-luminous material 24 is attached to an electrode 22, which is the inner surface a glass tube 16 covered. In this case too, an intermediate layer 23 made of white reflective material can again be used Material to be used. The second electrode 25 is also designed in the shape of a cylinder. In the remaining space is in the middle at a distance from the mentioned second one Electrode a rod 19 of photosensitive material, the protruding at the ends of the cylinder Ends are provided with metal electrodes 17 and 18, between which the output circuit is located. At 26 is called an insulating ring. Here, too, the output capacitance is relatively low. The chopstick can have a length of about 10 mm with a diameter of 1 mm.

Das Ganze wird vorzugsweise in eine feuchtigkeitsabweisende Masse eingekapselt. The whole is preferably encapsulated in a moisture-repellent compound.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Device for amplifying electrical voltages, equipped with a thin layer of electro-luminous material, which is provided on both surfaces with electrodes for the input voltage of the device, one of which electrodes is made of transparent material or consists of a grid, and with a layer of photosensitive material arranged on the side of these electrodes, which is provided with two electrodes for the output voltage of the device and is arranged parallel to the electroluminous layer so that it is struck by the radiation of the last, characterized in that the layer ( 4, 24) made of electro-luminous material is separated from the light-sensitive element (13, 19) by a gap and the electrodes (14, 15 or 17, 18) are arranged on two edges of the light-sensitive layer in such a way that the current flowing through them is parallel runs to her.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the photosensitive layer (13) is designed as a thin layer and that the electrodes (14, 15) on opposite sides Edges of the layer are attached.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that that the electrodes (14, 15) of the light-sensitive layer (13) are formed in strips are.

4. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that that the electro-luminous element (4) through a block (12) of transparent

High refractive index material is separated from the photosensitive element (13).

5. Apparatus according to claim 1, characterized in that the electrically luminous body (24) has a cylindrical shape and that the photosensitive member (19) is rod-shaped.

Considered publications:

German Patent Nos. 820 015, 968 667; U.S. Patents Nos. 2,566,349, 2,650,310, 688,564, 2,740,875;
Proc. of the IRE, 43 (1955), pp. 1888/1889.

1 sheet of drawings