Meting van radiostraling uit de melkweg op 1420 MHz

Tijdschrift van het Nederlands Radiogenootschap 3

Januari 1952

Deel XVII No. 1

Meting van radiostraling uit de melkweg op 1420 MHz

door C. A. M uller *)

Voordracht gehouden voor het Nederlands Radio Genootschap op 11 Sept. 1951.

SUMMARY

A fter a short general introduction in radioastronom y, a special receiver is described that has been used for the first observations in the N ether- lands of the 1420 mc/s line in the spectrum of galactic radiation.

§ ¹ Inleiding

De radioastronom ie is een wel zeer jonge tak van één der oudste w etenschappen, de sterrekunde. W e behoeven slechts terug te gaan tot het jaar 1932 om de eerste radioastrono- mische waarnem ingen te vinden. J an sk y (l)* * onderzocht toen met een langzaam ronddraaiende gerichte antenne de z.g. antenne- ruis, en ontdekte daarbij dat hierin een component optrad, die bij elke omwenteling een maximum vertoonde in de richting van de melkweg, en het sterkst w as in de richting van het melkwegcentrum. Bovendien w erd het maximum in de zelfde richting teruggevonden na telkens ²³ uur $6 minuten, dus na één siderische dag, w aaruit volgde dat de straling inderdaad uit het M elkw egstelsel afkom stig moest zijn. Deze metingen op

14,6 m eter w erden later bevestigd door metingen van R e b e r op ^{1 ,87} meter. (2) M en w as zich echter voor de oorlog nog hele­

m aal niet bew ust welk een belangrijke ontdekking w as gedaan, die de basis zou gaan vormen voor een geheel aparte tak van de astronom ie; men zag er eigenlijk niet veel nieuwe mogelijk­

heden in.

G edurende de laatste oorlog ontdekte men dat ook de zon radiostraling uitzond, terw ijl men bovendien ontdekte dat soms sterke stoten in de radiostraling van de zon optraden tegelijk met het optreden van storingen in de radioverbindingen, mag­

netische storingen, en grote zonnevlekkenactiviteit van de zon.

De oorlogsinspanning liet slechts beperkte onderzoekingen over

*) Verbonden aan de Stichting, ,,Radiostraling van Zon en M elkw eg.”

**) Zie blz. 14.

4 C. A. Muller

de ze verschijnselen toe, en pas na de oorlog konden de onder­

zoekingen met kracht ter hand w orden genomen. Aanvankelijk w aren dit onderzoekingen, die geheel in de radiotechnische sfeer plaats vonden, m aar de verschillende belangrijke en vaak raad ­ selachtige resultaten hebben deze onderzoekingen steeds meer in de astronom ische sleer gebracht, om dat alleen de astronoom in staat is de verschijnselen te verklaren en naar w aarde te schatten.

H et radioastronom ische onderzoek w ordt tegenwoordig in een groot aantal landen uitgevoerd. In de eerste plaats moet genoemd w orden A ustralië, w aar een grote groep aan een groot aantal verschillende onderzoekingen w erkt, en zeer speciale instrum enten voor dit onderzoek w orden ontwikkeld, zoals de radiospectrograaf van W i 1 d en M c C r e a d y , (3) w aarm ee het spectrum van de zonnestraling tussen yo en ^{1 30} M H z gedu­

rende het optreden van de snelverlopende sterke stoten w ordt geregistreerd, w at reeds van groot belang is gebleken voor het onderzoek van de straling van de zon. O ok Engeland en Am erika houden zich intensief bezig met radioastronom ische onderzoe­

kingen, terw ijl in een aantal landen op minder grote schaal op dit gebied w ordt gew erkt. In N ederland w erken tw ee groepen.

D e P.T.T. houdt zich in het bijzonder bezig met het onderzoek van de zon in verband met de invloed van de zon op de radio­

verbindingen, volgens een internationaal vastgesteld waarnem ings- program m a. D aarn aast vinden we de Stichting R adiostraling van Zon en M elkw eg, w aarin de sterrew achten in Leiden en U trecht, de P.T.T. en het N atuurkundig Laboratorium van de N .V . Philips en het K .N .M .I. sam enw erken bij zuiver w eten- schappelijk radioastronom isch onderzoek, dat verder financieel gesteund w ordt door de O rganisatie voor zuiver w etenschap­

pelijk onderzoek (Z .W .O .). D oor ons w ordt op het ogenblik gemeten op een golflengte van ^21,2 cm ( ^1420,4 M H z), w aarop een spectraallijn van het atom aire w aterstof, die zich interstellair in het m elkwegstelsel bevindt, optreedt.

§ 2 Het radiociólronomióch onderzoek van de melkweg

H et m elkwegstelsel heeft een sterk afgeplatte vorm. In dit stelsel komen veelvuldig donkere m ateriew olken voor, w aardoor het bij de gewone astronom ische waarnem ingen niet mogelijk is de ververw ijderde delen ervan w aar te nemen. De vrij beperkte kennis die wij over de bouw van dit stelsel bezitten, heeft men da n ook afgeleid uit waarnem ingen van het gedeelte, dat zich astronom isch gesproken, dicht bij onze zon bevindt. De zon

Meting van radiostraling uit de melkweg op 1420 MHz 5

staat waarschijnlijk vrij dicht bij de buitenrand van het melk­

wegstelsel. H et radioastronom ische onderzoek van de melkweg is daarom zo belangrijk, om dat de radiostraling ongehinderd door deze donkere wolken heendringt, en wij daardoor ook radiostraling van de ver van ons verw ijderde delen van de melkweg kunnen ontvangen. Bij optische waarnem ingen is in de richting van het melkwegcentrum de straling niet sterker dan uit andere delen, bij infraroodw aarnem ingen is reeds iets van het centrum te meten, bij radiow aarnem ingen op bijvoor­

beeld ²⁰⁰ M H z vinden we een zeer duidelijk maximum, dat reeds met zeer eenvoudige antennesystem en, zoals een yagi- antenne, kan w orden waargenom en.

De metingen die bij enige frequenties zijn gedaan over de intensiteitsverdeling van de straling over de hemelbol, hebben de vermoedens die men over de bouw van het melkwegstelsel had, in het algemeen bevestigd. D e metingen, die tot dusver zijn gedaan, geven echer weinig details over de intensiteitsverdeling, in verband met de vrij grote bundelbreedte van de gebruikte antennesystem en, w aarvoor vaak parabolische reflectoren met een antennesysteem in het brandpunt, dan wel vlakke beams worden gebruikt. In eerste benadering is de bundelbreedte evenredig met de verhouding tussen golflengte en diam eter van de antenne. Zelfs met de grootste antennesystem en is deze verhouding veel groter dan bij de lichtfrequenties voor ons oog.

De kleinste gebruikte bundelbreedtes zijn van de orde van een graad, in het centimeter- en decimetergolven gebied, terw ijl bij metergolven gewoonlijk bundelbreedtes van ongeveer tien graden w orden bereikt. Een uitzondering in dit gebied is de Engelse

yo m eter parabool, w aarm ee de A ndrom edenevel(⁴) w erd w aar­

genomen, die een bundelbreedte van ongeveer ²° heeft bij een golflengte van ca ² meter.

V oor het w aarnem en van puntvorm ige objecten aan de sterre- hemel gebruikt men dan ook veelal interferom eter opstellingen, w aarbij gebruik w ordt gem aakt van tw ee gerichte antenne­

systemen, een groot aantal golflengtes van elkaar verw ijderd en aangesloten op dezelfde ontvanger. Tengevolge van het op­

tredende wegverschil voor de straling uit verschillende richtingen w ordt een antennepatroon verkregen m et een groot aantal maxima, gescheiden door nulw aardes. Is nu de straling geheel of gedeeltelijk afkom stig van een zeer klein gebied aan de hemel, en verandert de positie van dit gebied t.o.v. het antennesysteem (door de draaiing v£in de aarde), dan krijgen we als registratie

6 C. A. Muller

een aantal maxima en minima, w at bij een verspreide straling niet het geval is. O p deze wijze heeft men in de laatste jaren een groot aantal puntbronnen of radiosterren gevonden, tot dus­

ver reeds meer dan honderd. H et m erkw aardige ervan is, dat op een enkele uitzondering na geen enkel verband tussen de optisch waargenom en objecten en deze puntbronnen is gevonden, zodat de astronom en nog volkomen in het duister tasten over de aard van deze m ysterieuze hemelobjecten.

Een zeer groot deel van zijn kennis over de tem peraturen en bewegingen van de sterren kan de astronoom afleiden uit de spectra van de sterren, in 't bijzonder uit de plaats van de spectraallijnen en de relatieve helderheid ervan. Beweegt een ster zich van ons af dan ontvangen we tengevolge van het D oppler-effect de straling bij een lagere frequentie, dan w an­

neer de afstand to t de ster constant blijft. H et optreden van één of meer spectraallijnen in de radiostraling zou bijzonder belang­

rijk zijn, om dat hierdoor de snelheden ook in die delen, die voor de gewone astronom ie onbereikbaar zijn, waargenom en zouden kunnen worden.

In 1944 berekende D r v a n de H u 1 s t (5) de mogelijkheden voor het optreden van spectraallijnen, en kwam tot de conclusie d at slechts bij ¹⁴²⁰ M H z een spectraallijn zou kunnen optreden.

D e eer van de ontdekking kom t E w e n ( ⁶) v a n H a r v a r d Uni- versity in Am erika toe, die de lijn eind M aart '51 voor het eerst w aarnam . Enkele weken later slaagden wij er in K ootw ijk(⁷) ook in de spectraallijn w aar te nemen, terw ijl sindsdien ook in A ustralië de spectraallijn is waargenom en.

§ 3. Radioaélrononiiéchc ontvangers

H et ontw erp van de meeste radioastronom ische ontvangers w ordt voor een belangrijk deel bepaald door het feit, dat de w aar te nemen intensiteiten zo buitengewoon klein zijn, en ge­

woonlijk slechts een fractie zijn van de eigenruis van de ontvanger.

V roeger gebruikte men als m aat voor de gevoeligheid de in- gangsspanning in ^{ji1 V} nodig voor een bepaalde uitgangsenergie;

tegenwoordig gebruikt men daarvoor m eestal het ruisgetal (⁸);

de radioastronoom gebruikt een tem peratuurm aat om de ge­

voeligheid van zijn ontvanger aan te geven. W e vinden de tem peratuurm aat overigens ook in de definitie van het ruis­

getal van een ontvanger. W e kunnen het ruisgetal theoretisch als volgt bepalen: de ontvangeringang w ordt afgesloten door een w eerstand gelijk aan de karakteristieke impedantie van de

Meting van radiostraling uit de melkweg op 1420 MHz 7

antenneleiding, en de ruisenergie aan de ontvangeruitgang w ordt gemeten, w aarbij de w eerstand zich op kam ertem peratuur Y⁰ bevindt. Vervolgens w ordt de w eerstand verhit tot een tem ­ peratuur 7, tot de ruisenergie aan de uitgang is verdubbeld. H et ruisgetal is nu het tem peratuurverschil in eenheden T0 uitgedrukt

N = T - T T^o

D it geldt voor een ontvanger m et volledige spiegelrejectie.

H et ruisgetal is een belangrijke factor in de sic;naal-ruisver- houding bij een ontvanger. D e door de antenne opgevangen energie meet de radioastronoom ook in de tem peratuurm aat, door deze energie gelijk te stellen aan de ruisenergie van een w eerstand van tem peratuur T^a1 terw ijl de ontvangen straling ook afkom stig w ordt gedacht van een zw art lichaam, w aarvan de stralingsintensiteit gegeven w ordt door de w e t van R a y le ig h - J e a n s

2 k T

die een vereenvoudiging is van de W e t v a n P l a n e k.r

H et verband tussen de tem peratuurverdeling over de hemel­

bol en de antennetem peratuur w ordt bepaald door het richtings- dia gram van de antenne.

Bij een ruisgetal van N = ¹¹ is de eigenruis van de ontvanger in tem peratuurm aat uitgedrukt ( N — i) T0 ^ ³⁰⁰⁰° K, ter­

wijl antennetem peraturen van ³⁰° K kunnen optreden in de radioastronom ie, zodat de antenne-energie dan slechts i^°/0 is van de eigenruisenergie van de ontvanger.

D e ontvangen straling heeft geheel het karakter van ruis, dus een onregelmatig fluctuerend karakter, en het probleem is dus in 't algemeen het kunnen meten van een zo klein mogelijk verschil in gemiddelde ruisenergie. D e nauwkeurigheid w aarm ee de gemiddelde ruisenergie bepaald kan w orden is groter n aar­

mate over een langere tijd w ordt gemiddeld, of per tijdseenheid meer inform atie over de ruis w ordt verkregen, d.w.z. naarm ate de tijdconstante na de detectie groter is, en de m iddenfrequent- bandbreedte groter is. Bij een tijdconstante r en een band­

breedte A r vinden we als overblijvende fluctuaties achter het laagdoorlatend filter met die tijdconstante, in energie uitgedrukt

1

/ --- -- — --- —

I 2 71 A ^V . X

(2)

8 C. A. Muller

De formule*) geeft dus ongeveer de elfectieve w aarde van de fluctuaties in tem peratuurm aat. H et kleinst w aarneem bare ver­

schil in gemiddelde ruisenergie is ongeveer van dezelfde grootte.

In de radioastronom ische ontvangers vinden we gewoonlijk bandbreedtes van ⁵ ^ ¹⁰ M H z, ^{e n} tijdconstantes van ^I tot ¹⁰ sec, afhankelijk van de w aar te nemen verschijnselen. Hierm ee w orden gevoeligheden van ^A '1 — i°/v ot minder bereikt. D it is dus de theoretische grens van de gevoeligheid.

M eten we echter bij een gewoon radiotoestel de optredende fluctuaties in de diodestroom , dan zijn deze veel groter tenge­

volge van het fluctueren van de versterking van de ontvanger door netspanningsveranderingen, steilheidsveranderingen, tril­

lingen in de buizen, tem peratuurveranderingen en dergelijke.

Alleen door een ver doorgevoerde stabilisatie van de voedings­

spanningen en een zorgvuldig overwogen bouw is men er in geslaagd de theoretische grens soms zeer dicht te benaderen.

In A ustralië stelt men gewoonlijk de eis, dat de versterking tenm inste op o, ^I °jQ constant moet zijn.

V erder blijkt uit de formule (2) dat de gevoeligheid even­

redig is met het ruisgetal N. Bijzondere aandacht w ordt dan ook gewijd aan het bereiken van lage ruisgetallen, vooral bij het meten van zw akke radiostraling.

§ 4^. De ⁴pec[raaUijiioiiLi>aiiger, principe

V erw acht w erd, dat de spectraallijn op ¹⁴²⁰ M H z, indien deze m eetbaar zou zijn, een geringe intensiteit zou hebben.

H et w as daarom nodig de theoretische grens van de gevoelig­

heid zo goed mogelijk te benaderen. Bij het normale ontvanger- type betekende dit de noodzakelijkheid van een zeer constante versterking, dus uiterste stabilisatie en dergelijke, w aarvoor een uitvoerig en langdurig onderzoek nodig zou zijn. D aarom w erd overgegaan op een andere methode, die tegelijkertijd door E w e n w erd uitgew erkt in Am erika, en een variatie is op de methode van D ic k e (9 ).

Bij de D ic k e ontvanger w ordt met een frequentie van on­

geveer ³⁰ H z de ontvangeringang omgeschakeld tussen de an­

tenne en een w eerstand, gelijk aan de im pedantie van de antenne. W anneer nu de aequivalente tem peratuur van de antenne verschilt van de tem peratuur van de w eerstand, w ordt gemiddeld de éne halve periode meer ruis ontvangen dan de

*) Zie voor afleiding bijv. bet artikel van D r F. L. Stum pers binnen­

kort in bet Ned. T. voor N atuurkunde.

Meting van radiostraling uit de melkweg op 1420 MHz 9

andere halve periode; de ruis w ordt gemoduleerd met een blok- spanning met een frequentie van ³⁰ Hz. D e grootte van deze modulatiecomponent, die direct evenredig is met het verschil der beide tem peraturen w ordt nu na versterking en detectie gemeten met een phasedetector. D oor het snelle schakelen worden de langzame voedingsspanningsfluctuaties voor het groot­

ste deel geëlimineerd en is minder rigoreus stabiliseren nodig.

In ons geval w as het probleem het meten van een spectraallijn gesuperponeerd op een zwak continuspectrum. Deze kan w or­

den gemeten door het vergelijken van de stralingsintensiteit op

de frequentie van de spectraallijn, en op een frequentie een eind naast de lijn. H et ligt dus voor de hand in de ontvanger voorde spectraallijn, inplaats van tussen antenne en ruisbron, te schakelen tussen tw ee f requenties, op de spectraallijn, en ernaast.

§ 5^. De dpcclraalhjnonU’anger, schema

H et blokschema van de ontvanger is gegeven in fig. ¹ . H et antennesignaal komt binnen met een flexibele coaxiale kabel.

Tussen antennekabel en het m engkristal, een door Philips ver­

vaardigd ^{1 Ar 2 I} C -germ anium kristal, is een aanpassingstrans- lorm ator aangebracht, w aarm ee een eenvoudige aanpassing tus­

sen antenne en kristal w erd verkregen. De eerste locale oscil- lator is kristal gestuurd, met een reactantiebuis direct over het kristal, w aarm ee een frequentieverschuiving ^A f T van ongeveer

0,5 k il z van de oscillator frequentie f x =■ ^6,437 M H z w erd be­

reikt. Deze kristal!requentie w ordt in een aantal trappen ²¹⁶ maal vermenigvuldigd. Als laatste buis is een EC ⁵⁵ als vervier-

10 C. A. Muller

voudiger toegepast, met een coaxiale plaatkring. De uitgangs- frequentie f ^ — ¹³⁹° M H z w ordt door de frequentiem odulator dus ongeveer ^A — o^,11 M H z gevarieerd. Bij de metingen w ordt dus steeds vergeleken tussen tw ee frequenties o,II M H z van elkaar verwijderd.

D e eerste m iddenfrequentversterker heeft een ruisarm e ingang, aangezien het ruisgetal van de ontvanger als geheel in belang­

rijke mate bepaald w ordt door het ruisgetal van de m iddenfre­

quentversterker. H iervoor is de bekende W Allmanschakeling (cascode) toegepast, w aarachter drie trappen breedbandverster- king (EE So) volgen met een bandbreedte van ⁴ M H z, verkre­

gen door toepassing van staggered-pairs. D an volgt een meng- buis met daarachter de tw eede m iddenfrequentversterker met een bandbreedte van ²⁵ K H z (twee trappen E A F ⁴² met trans- form atorkoppeling).

M et behulp van de variabele tw eede oscillator, die als Col- pitts-oscillator is uitgevoerd, kan als het w are het brede eerste m iddenlrequentkanaal door het smalle tw eede m iddenfrequent- kanaal w orden afgezocht.

H et resultaat is dus, dat de eerste locale oscillator steeds schakelt tussen tw ee frequenties met een vast Irequentieverschil, terw ijl met behulp van de continu variabele tw eede oscillator de beide frequenties, w aarop w ordt ontvangen, samen over een frequentiebereik van ⁴ M H z rondom de frequentie van de spec­

traallijn ^1420,4 M H z kunnen w orden verschoven.

In het frequentiespectrum achter de diodedetector kom t nu, w anneer er een intensiteitsverschil in ontvangen straling voor de beide frequenties is, een ³⁰ Hz component voor, die in fase, of in tegenfase is met de 3° H z blokspanning die de reactan- tiem odulator stuurt, al naar gelang de intensiteit op de éne, dan wel de andere frequentie het grootst is. D aarn aast vinden we een continu ruisspectrum , w aarvan de intensiteit met de frequentie afneemt, tot ongeveer ²⁵ kH z.

A chter de detector vinden we nu een selectieve 3° Hz ver­

sterker, gevolgd door een phasedetector, die gesynchroniseerd is met de blokspanning. A chter deze phasedetector is een laag- doorlatend filter aangebracht. D it geheel w erkt als versterker met een zeer smal bandfdter rondom de frequentie van de blok­

spanning, w aardoor de ³⁰ Hz component w ordt doorgelaten, en een zeer klein gedeelte van het ruisspectrum in de omgeving van deze frequentie.

De selectieve versterker vóór de phasedetector is nodig om-

Meting van radiostraling uit de melkweg op 1420 MHz 11

dat de gesynchroniseerde detector ook gevoelig is voor de fre­

quenties (²¹¹ + I) f 0 als /o de schakelfrequentie is, zodat zonder de selectieve versterker ook bij deze frequenties ruis w ordt doorgelaten, w at de gevoeligheid van de ontvanger zou vermin­

deren. E r mag echter geen fasedraaiing in deze versterker op­

treden, om dat hierdoor ook de gevoeligheid van de detector afneemt. De gevoeligheid als functie van de phasedraaiing ver­

loopt volgens een cosinus.

H et laagdoorlatend filter heeft een bandbreedte van i O Hz overeenkomend met een tijdconstante r= ¹² sec.

H ierachter volgt een gelijkstroom versterker, terw ijl de gelijk­

spanning w ordt geregistreerd door een Philips registrerende m eter, berustend op een servosysteem .

Als voedingsapparatuur w erd voor de gloeistroomvoeding een speciale electronisch gestabiliseerde wisselstroom voeding toege­

past, w aarbij in serie met de gloeistroom transform ator een transductor is opgenomen, die w ordt gestuurd via een verster- kerbuis, door de inwendige w eerstand van een op de gloeistroom- transiorm ator aangesloten verzadigde diode, zodat op constante gloeistroomenergie w ordt geregeld.

De hoogspanningsvoedingen w aren alle electronisch gestabili­

seerde voedingen, met als controlerend element de stabilisator- buis ⁸⁵ A I.

Verschillende onderdelen van deze ontvanger w erden door het N atuurkundig Laboratorium in Eindhoven onder leiding van D r F. L. S t u m p e r s gebouwd.

§

6

Zoals gezegd w erd een tijdconstante van ¹² sec gebruikt, w aardoor de m eetsnelheid klein is, en elke registratie vrij lang duurt. Deze grote tijdconstante is echter nodig om een voldoend grote gevoeligheid te bereiken. Bij deze ontvanger w as de mid- dcnl requentband breed te m et willekeurig groot te kiezen, in ver­

band met de breedte van de spectraallijn, zodat bij deze ont­

vanger v = ²⁵.IO³ Hz is.

H et ruisgetal kon slechts vrij onnauwkeurig w orden gemeten door de zon als ruisbron te gebruiken, w aarvan de intensiteit vrij goed bekend is bij deze frequentie. Rekening houdend met de verliezen in de antennekabel, w erd een effectief ruisgetal van ongeveer ²⁵ gevonden. D it is vrij hoog en kan w orden verbeterd.

De gevoeligheid is nu, wanneer wij de formule van D ic k e (9 ) gebruiken

12 C. A. Muller

A ₂ y ² T = y ² Ti r . A v = N T0 io° K (3) In ruisspanning uitgedrukt over een im pedantie van 5° kJ komt

dit overeen met een ingangsspanning van ^1,3 . IO^-8 V olt, bij een bandbreedte van ²⁵ kH z.

§ 7. Het gebruikte antennesysteem

D e antenne, die bij deze ontvanger w erd gebruikt, bestaat uit een parabolische reflector met een opening van ^7,5 m eter diam eter, met in het brandpunt een halve-goll dipool met een reflector. D e parabolische reflector is naar alle richtingen draai­

baar. D e instelling geschiedt met een tw eetal motoren, één voor de beweging in het horizontale vlak over ³⁶°°, de tw eede voor de verticale beweging over ^go°. Deze reflector is in de oorlog door de D uitsers in onze duinen gebruikt en na de oorlog door de P.T.T. naar Kootwijk overgebracht en geheel hersteld, en is ons op het ogenblik voor onze metingen welwillend ter be­

schikking gesteld.

D e halve-golf dipool is met een balun aangesloten op een coaxiale kabel, die de antenne en de ontvanger in de w aar- nemingsruimte achter de reflector verbindt. D e reflector bestaat uit een cirkelvormige plaat, die op een kw art golflengte voor de dipool is aangebracht, en verhindert dat de directe straling door de dipool w ordt ontvangen. Als halfw aarde-breedte w erd voor het antennediagram ³° gevonden, terw ijl de gain ongeveer

39 db bedraagt. D e genoemde halfw aarde-breedte is radiotech- nisch gesproken zeer mooi; vergeleken echter met de astrono­

mische kijkers met halfw aardebreedtes van boogseconden is de antenne een slechte astronom ische kijker. Een smallere bundel kan vrijwel alleen verkregen w orden door de reflectoropening te vergroten, om dat de theoretische bundelbreedte w ordt bepaald door het buigingspatroon van de antenneopening en de w erke­

lijke bundelbreedte van onze antenne deze reeds goed benadert.

De stichting hoopt over enige jaren in het bezit te zijn van een parabolische reflector van ²⁵ m diam eter, w aarm ee een aanzien­

lijk scherpere bundel bereikt zal worden.

§ ⁸. Waarnemingsmethoden en meetresultaten

Bij de eerste waarnem ingen met deze ontvanger w erden tot dusver tw ee methoden gevolgd. Bij de eerste methode w erd de

3

Meting van radiostraling uit de melkweg op 1420 MHz 13

frequentie van de tw eede locale oscillator langzaam continu gevarieerd over een frequentiebereik van ⁵⁰⁰ kH z rondom de frequentie van de spectraallijn, w aarbij een registratie w ordt verkregen, w aarvan ^{fig. 2} een berekend verloop geeft.

Tengevolge van de grote tijdconstante moet dit variëren van de frequentie langzaam gebeuren, bij onze metingen duurde één registratie ²⁰ minuten. Bij een meting w erd vrijwel steeds met stilstaande antenne gew erkt, zodat bij begin en eind viin zo n meting de antenne op verschillende delen van de hemel staat gericht tengevolge van de draaiing van de aarde.

H et intensiteitsverloop van de straling m de omgeving van de melkweg w erd daarom anders gemeten. De tw eede oscillator w erd daarbij telkens na enige minuten omgeschakeld van de frequentie behorend bij het positieve maximum in het eerste type registi atie, naar die van het negatieve maximum, en omgekeerd.

W e krijgen dan dus een blokjes kromme, w aarvan de ampli-

Fig. 2

tudo evenredig is met de intensiteit van de straling. W el moet steeds op enkele punten gecontroleerd w orden of de frequentie van de spectraallijn tengevolge van het D opplereffect niet is verschoven, m aar een combinatie van beide methodes geeft een goede meting van de spectraallijn.

De eerste metingen die gedaan w erden droegen nog een voor- lopig karakter. De opbouw van de ontvanger w as nog enigs­

zins provisorisch, terw ijl goede hoogfrequent m eetapparatuur nog ontbrak, w aardoor controle op de ontvanger slechts gedeel­

telijk mogelijk w as. D e eerste m eetsene heeft echter reeds een aantal belangwekkende resultaten opgeleverd. Zo is inderdaad reeds iets van de snelheden in de tot dusver onbereikbare delen van de melkweg gemeten. D e nieuwe metingen, die binnenkort met de verbeterde ontvanger zullen beginnen, zullen w aarschijn­

lijk allerlei nieuwe gegevens over de bouw van de melkweg opleveren.

Kootwijk-Radio, ¹ Novem ber 1951.

14 C A. Muller

Litteratuur

1) K. G. Jansky, Proc. IR E 20, 1920, 1932.

2) G. Reber, A strophys. J. 100, 279, 1944.

3) J. P. W ild, L. L. M c C ready, A ustr. J. Sei. Res. 3A, 387, 1950.

4) R. H anbury Brown, C. H azard, N ature 166, 901, 1950.

5) H . C. van de H ulst, N ed. T. v. N at. 11, 201, 1945.

6) H. J. Ewen, E. M . Purcell, N ature 168, 356, 1951.

7) C. A. M uller, J. H . O ort, N ature 168, 357, 1951.

S) Zie bijv. V an V oorhis, M icrow ave Receivers, M .I.T. serie No. 23.

9) R. H. Dicke, Rev. Sei. Instr. 17, 268, 1946.

Enkele overzichtartikelen :

M . Ryle, Rep. on. progr. in Phys. 13, 184, 1950.

J. S. H ey, M on. N ot. R. A str. Soc. 109, 179, 1949.

J. L. Paw sey, Journ. I. Electr. Engrs, P t III, 1950.

Meting van radiostraling uit de melkweg op 1420 MHz 15

Discussie

I r H . de L a n g e D z n : In welk frequentiegebied laat de ionosfeer straling uit het heelal door?

I r C. A. M u il e r: H et frequentiegebied van de radioastronom ie w'ordt aan de lange golflengtekant begrensd door de ionosfeer, de grens ligt hier bij 15 a 20 meter. De andere grens ligt bij ongeveer 0,5 cm, bij korte golflengtes treden absorpties op in de aardse atmosfeer.

D r H . J. G r o e n e w o l d : Aan welke overgang is deze 21 cm w aterstof- straling toe te schrijven?

M .: H et grondniveau van de atom aire w aterstof is gesplitst in tw'ee fijnstructuur niveaux. De 21 cm straling is te danken aan een z.g. ,,ver­

boden overgang” tussen deze niveaux.

D r I r A v. W e e l : W^at is de breedte van de spectraallijn? Treedt er bij deze frequentie geen absorptie op in de atmosfeer, en is, w anneer er geen absorptie optreedt, de inkomende ruis dus alleen uit de w ereld­

ruimte afkomstig, en met welke acquivalente tem peratuur komt dit overeen ? M .: Precies gemeten is de breedte van de lijn nog niet, ze bedraagt ongeveer 50 kH z. De absorptie is verw aarloosbaar, de antennetem peratuur is dan ook inderdaad erg laag, w anneer de antenne op de wereldruim te is gericht, op de frequentie van de lijn ongeveer 50° K, naast de frequen­

tie waarschijnlijk slechts 10° K.

D r H . B r u i n i n g : Is het mogelijk, dat nog andere spectraallijnen, van andere gassen, zoals He, optreden in het radiogebied?

M .: Tot d usver is dit de enige waargenom en spectraallijn, de kans op het optreden van andere lijnen lijkt tot dusver zeer klein, volgens astro­

nomische berekeningen.

I r J. R o d r i g u e s de M i r a n d a : Is uit het feit, dat radiostraling uit veraf gelegen delen van de melkweg wel, en lichtstraling niet w aarneem ­ baar is, te concluderen, dat er m ateriewolken in de ruimte aanw ezig zijn?

Is er iets bekend over de rotatiesnelheid van het melkwegstelsel uit de radiometingen ?

M .: D e aanwezigheid van de donkere wolken w as reeds op verschil­

lende manieren door de astronomen aangetoond. De radiometingen beves­

tigen dit. U it de snelheidsverdeling van de steiren in de buurt van ons zonnestelsel had men reeds iets over de rotatiesnelheid van het m elkweg­

stelsel kunnen afleiden. De eerste radiow aarnem ingen aan de spectraal­

lijn bevestigen deze metingen ongeveer, m aar nieuw'e metingen zijn hiervoor nodig.

D r I r J. v. S lo o t e n : W aarom w erd 50 H z als schakellrequentie ge­

bruikt ?

M .: De frequentie 50 H z wrordt gewoonlijk in de z.g. Dicke-ontvanger gebruikt; het bleek verder dat de frequentie niet veel hoger gekozen kon worden, bij hogere frequenties nam de frequentiesprong in de kristal! re- quentie af.

Tijdschrift van het Nederlands Radiogenootschap 17

Het gebruik van koude-kathodebuizen als schakelelement

door W . Six *)

Voordracht gehouden voor het Nederlands Radio Genootschap op 31 Oct. 1951.

SUMMARY

In this paper it is argued, that there is an electronic analogy for most circuits which can be built up w ith electro-mechanical parts, such as relais, switches, etc. A small cold-cathode gas filled valve has been deve­

loped to be used as switching-elem ent in electronic circuits.

Examples are given of equivalent electronic circuits for relais circuits, counting- and selecting-circuits, registers, busy-test and lock-out circuits and loi talking-path circuits. A small electronic telephon-exchange, which is based on these principles, w as dem onstrated. Full details of the circuit have been published elsewhere. (D e Ingenieur 63, E 50, 1951.)

D e gasontladingsbuis met koude kathode w ordt reeds sedert een aantal jaren in de schakeltechniek van autom atische tele­

fooncentrales, rekenmachines, boekhoudmachines en aanverw ante technieken, als electronische schakelaar gebruikt.

In het N atuurkundig Laboratorium van de N .V . Philips te Eindhoven is voor dit doel een buisje ontwikkeld, w aarvan hier een aantal toepassingsm ogelijkheden zal w orden behandeld.

H et zal daarbij blijken, dat vrijwel alle schakelingen, die met eleclro-mechamsche middelen, zoals relais en schakelaars kun­

nen w orden opgebouwd, ook met deze buisjes in combinatie m et w eerstanden condensatoren en spercellen, dus met electro­

nische middelen, kunnen w orden tot stand gebracht.

W ij willen daarbij geheel in het midden laten, welke methode de voorkeur moet w orden gegeven, de electro-mechanische of de electronische. D it moet van geval tot geval w orden bekeken en zal in vele gevallen een kostenvraagstuk zijn. O ok zal hier niet w orden gesproken over andere mogelijkheden voor electro-

) N atuurkundig Laboratorium N . V. Philips Gloeilam penfabrieken Eindhoven — N ederland.

18 W. Six

nische schakelingen, zoals het gebruik van vacuumbuizen, tran ­ sistors enz. W ij willen hier volstaan m et enkele in het oog­

springende voordelen te noemen van het gebruik van koude- kathodebuizen als schakelelement.

Ten opzichte van electro-mechanische middelen zijn de voor­

delen :

1 . grote snelheid

2. gering onderhoud

3. kleine afmetingen

en ten opzichte van vacuum buizen:

1 . gering energieverbruik (geen gloeikathode, en geen anodestroom , zolang de buis niet gebruikt w ordt).

2. zeer lange levensduur1) (aangezien de buis in de meeste schakelingen slechts zeer korte tijden w ordt gebruikt, is de levensduur zeer veel langer dan de brandduur en is het m eestal zeer goed mogelijk de buis te ont­

w erpen voor een levensduur van 50 jaar).

D e genoemde koude-kathodebuis is een gasontladingsbuis met

3 electroden n.¹. een kathode, een anode en een hulpanode.

D e kathode bestaat uit een nikkelplaatje met een laagje ge­

activeerd bariumoxide, d.w.z. dat de bariumoxide door stroom ­ stoten gedeeltelijk is ontleed in barium en zuurstof, terw ijl de vrijgekomen zuurstof door een ,,getter” w ordt gebonden. D e anode is een nikkelbuisje op 3 mm afstand van de kathode; de hulpanode is een nikkeldraad op 0.3 mm afstand van de kathode.

D e gasvulling is 15 mm argon.

De gasdruk en de afstanden van de anode en de hulpanode tot de kathode zijn zo gekozen, dat de doorslagspanning tussen anode en kathode V ^{18 0}V en de doorslagspanning tussen hulpanode en kathode VH = 7⁵ - ⁸o V. W anneer een ontlading tussen hulpanode en kathode tot stand is gekomen, w ordt door de daarin gevormde ionen en electronen de doorslagspanning van de hoofdontladingsbaan verlaagd. H oeveel deze lager w ordt hangt af van de grootte van de stroom, die in de hulpontladings- baan loopt. In fig. 1 is weergegeven de doorslagspanning V^a als functie van de hulpanodestroom ?//.

W ij zien hieruit, dat bij Z^h = 3° p A , V^a = l⁶o V. Z etten wij dus tussen anode en kathode een spanning van ióo V, dan zal deze ontladingsbaan niet ontsteken, tenzij eerst de hulpontla- dingsbaan is ontstoken en hierin een stroom /// = ³° ,u ^ vloeit.

Hierbij kan nog w orden opgemerkt, dat deze stroom Z// slechts

Het gebruik van koude-kathodebuizen als schakelelement 19

D oorslagspanning tussen anode en kathode ^Va als functie van de hulpanodestroom z//.

korte tijd behoeft te vloeien, w ant zodra de hoofdontladings- baan is ontstoken, gaat deze niet meer uit, als de stroom iH verdwijnt.

H et is dus ook mogelijk de hulpontladingsstroom door een kleine condensator te laten leveren, zoals in fig. ² is aangegeven.

Fig. 2

Schakeling van een buis, w aarbij de stroom in, welke nodig is voor de ontsteking van de hoofdontladingsbaan, w ordt

geleverd door een condensator.

20 W. Six

In dit geval is de voor ontsteking benodigde energie zeer ge­

ring, w ant zodra de hulpontlading to t stand komt, w ordt de stroom door de condensatorontlading vergroot to t ³⁰ fiA , w aarna de hoofdontlading to t stand komt. D e overname ge­

schiedt in IO-5 tot lO^~4 sec.

W ij zullen als toepassingsm ogelijkheden van deze buizen een aantal voorbeelden van schakelingen geven n.¹.

1 . relaisschakelingen

2. tel- en kiesschakelingen 3. registers

4. het maken van spreekverbindingen

5. bezet-test en blokkering

Relaiéécbakelingen

Bij schakelingen met electro-mechanische relais w orden door het aantrekken van het relais één of meer contacten gesloten of geopend. D oor deze contacten w orden de stroom kringen van andere relais gesloten of geopend.

O p overeenkomstige wijze kunnen wij deze gasontladingsbuizen voor relaisschakelingen gebruiken. W anneer wij in serie met de buizen een w eerstand schakelen, dan zal na het ontsteken een stroom door de w eerstand gaan vloeien en wij kunnen de spannm gsval over deze w eerstand aan de hulpanode van een andere buis toevoeren, w aardoor deze w ordt ontstoken.

E r is echter één groot verschil met schakelingen met electro- mechanische relais. .Zodra de gasontladingsbuis is ontstoken, w ordt de hulpanode onw erkzaam en wij kunnen de buis dus niet doven door de spanning hiervan te verlagen. D it is een nadeel, m aar daar staat het voordeel tegenover, dat wij nu ook met impulsen kunnen w erken. Geven wij aan de hulpanode een impuls, dan gaat de buis aan. D aardoor hebben wij ook de mogelijkheid om aan de hulpanode een voorspanning te geven, w aardoor met kleinere impulsen kan w orden volstaan en het

„relais" dus gevoeliger w ordt.

W ij moeten dus naar andere middelen zoeken om de buis te doven.

D aartoe zijn de volgende mogelijkheden aanwezig:

a. W ij kunnen de buis doven door de spanning van de kathode te verhogen, b.v. door het geven van een positieve impuls op de kathode.

b. W ij kunnen de buis voeden met wisselspanning (eventueel

Het gebruik van koude-kathodebuizen als schakelelement 21

gesuperponeerd op gelijkspanning), zodanig, dat het max.

blijft onder de ontsteekspanning en het min. kom t onder de brandspanning. De buis zal dan, bij elke negatieve phase van de spanning, doven en bij elke positieve alleen dan aangaan, w anneer de hulpanode deze doet ontsteken,

c. W ij kunnen de buis zo schakelen, dat deze gaat genereren, w anneer de ontlading door de hulpanode is ingeleid. De buis gaat dan genereren, zolang de hulpanodespanning hoog is,

Fig. 3

Schakeling van een buis met een arbeids- en een rust contact.

m aar houdt op met genereren zodra de hulpanodespanning laag is.

D oor combinatie van deze buisjes met spercellen kunnen wij aequivalenten vinden voor alle relaisschakelingen2). Een w eer­

stand in serie m et de kathode geeft een aequivalent voor een arbeidscontact en een w eerstand in serie met dc anode voor een rustcontact.

In fig. 3 is het schema weergegeven voor een relais met een arbeids- en een rustcontact.

22 W. Six

D e spanning V is ⁴² V wisselspanning gesuperponeerd op ioo V gelijkspanning. V varieert dus tussen max. IOO + ⁴² ] ² = IÓO V en min. IOO — ⁴² ^2 = ⁴⁰ V. W ij beschouwen de schakeling op het moment, dat V max. is, om dat van de spanning op dat ogenblik afhangt of het „contact" als geopend of gesloten moet w orden beschouwd. Tussen de kathode en V en tussen de anode en aarde zijn potentiom eters aangebracht, bestaande uit een spanningsafhankelijke w eerstand R x *) en een w eerstand /v² . Deze potentiom eters zijn zo gedimensioneerd, dat w anneer de spanning op de kathode gaat van O tot ⁵⁰ V (bij niet branden

Fig 4

D iverse relaisschakelingen: a. twee arbeids contacten in serie, b. tw ee arbeids contacten parallel, c. één arbeids en één rust contact in serie, d één arbeids en een rust contact

parallel en daarm ee in serie één arbeids contact.

van de buis O V, bij branden van de buis 5° V), de spanning op het aftakpunt ^I van de potentiom eter verandert van ⁶⁰ naar

10 0V. Eveneens gaat bij verandering van de spanning op de anode van ¹⁶⁰ naar ^{II O} V , de spanning op het aftakpunt ² van ^IOO naar ⁶⁰ V . D it betekent dat, w anneer de buis uit is de spanning op punt ^{I 60} V is en op punt ^{2 10 0}V , terw ijl w anneer de buis brandt deze spanningen resp. ^IOO en ⁶⁰ V zijn.

In fig. 4a zijn de contacten van relais A en B in serie ge-

S pan m ngaf hankelijke w eerstanden zijn silicium Carbide w eei standen, w aarbij de stroom evenredig is met de vierde ol de vijlde macht van de spanning.

Het gebruik van koude-kathodebuizen als schakelelement 23

schakeld. W aanneer A brandt en B niet is punt ^{I ioo} V en punt ^{2 6}o V. D e cel bij ^I is dus gesperd en de cel bij ² open en het punt ³ heelt een spanning van ⁶o V. Branden de buizen A en B, dan staat op de beide punten I en ^{2 ioo} V olt en dus ook op punt ³, w aardoor buis ^I w ordt ontstoken.

In lig. 4b zijn de contacten van A en B parallel geschakeld.

Hierbij w ordt zodra één van beide punten ^I of ² op ^IOO V olt komt, de cel aan het andere punt gesperd en kom t dus ook punt ³ op ^IOO V olt, w aardoor ^I w ordt ontstoken.

In lig. 4c en d zijn de schema's weergegeven voor resp. een arbeidscontact in serie met een rustcontact; en voor een arbeids- en een rustcontact parallel, en deze beide in serie m et een arbeids contact. In de schema's ⁴b en ⁴^ moet de w eerstand R aan de voorw aarde voldoen, dat deze klein moet zijn t.o.v.

de sperw eerstand van de cellen en groot t.o.v. de w eerstanden van de potentiom eters aan anode en kathode.

W ij hebben hier slechts enkele voorbeelden willen geven van de mogelijkheden om relaisschakelingen met deze buizen tot stand te brengen. E r zijn echter verschillende andere mogelijkheden, zo­

als reeds eerder w erd gezegd, kan men b.v. ook met impulsen werken.

V an geval tot geval zal moeten w orden bekeken, welke scha­

keling de meest eenvoudige oplossing geeft.

1

Tel- en kicéiicbakelingen

M et behulp van ^IO van deze buisjes kunnen wij een decimale telschakeling opbouwen. H et principe hiervan is in fig. ⁵ w eer­

gegeven.

D e impulsen w orden toegevoerd aan punt I van de schake­

ling en komen via de condensatoren CI op de hulpanoden van alle buisjes. De hulpanode van het eerste buisje heefteen voor- spanning van ⁶⁰ V, de grootte van de impulsen is ³⁰ V Bij de eerste impuls ontsteekt dus het eerste buisje. In serie met de kathodes van alle buizen zijn w eerstanden A r aangebracht, ter­

wijl bovendien in de kathodeleiding van alle buizen een gemeen­

schappelijke w eerstand A² is geschakeld. W anneer het eerste buisje is ontstoken, kom t de kathode hiervan en dus ook de hulpanode van het ²de buisje, welke hiermede is verbonden, op IOO V olt.

V erder is de spanningsval over w eerstand A^{2 40} V olt, zodat alle kathoden, behalve die van het eerste buisje, op ⁴⁰ V staan.

Dientengevolge heeft thans de hulpanode van het tw eede buisje

24 W. Six

een voorspanning van ^ÓO V olt, zodat dit bij de tw eede impuls ontsteekt. W anneer buis ² aangaat, stijgt de spanning op de kathode plotseling van ⁴⁰ naar iooV olt. Deze spanningsimpuls w ordt via de condensator C2, die deze kathode met die van buis I verbindt, hierop overgebracht. De spanning op de kathode van buis ^I stijgt boven ^lOO V olt, w aardoor deze gedoofd w ordt.

Zo w ordt bij iedere volgende impuls het volgende buisje ont­

stoken en daardoor het voorafgaande gedoofd. H et eerste buisje heeft, zolang geen buis brandt, een voorspanning van ⁶⁰ V olt.

Zolang een van de andere buizen brandt, daalt deze voorspan­

ning tot ²⁰ V olt (doordat de kathode op ⁴⁰ V olt komt), m aar

16OV

Fig. 5.

Tel- en kiesschakeling voor twee decaden.

indien de tiende buis aangaat, w ordt de spanning van ¹⁰⁰ V op de kathode van deze buis via de spercel op de hulpanode van i overgebracht en aangezien de kathode op ⁴⁰ V olt staat,

is nu de voorspanning w eer ⁶⁰ V olt. Bij de volgende impuls zal dus w eer I aangaan en IO doven.

O p het ogenblik, d at buis ¹⁰ aangaat, *—* dus bij de tiende impuls — , stijgt de spanning van punt ^A van ⁶⁰ naar ¹⁰⁰ Volt*

E r kom t dus een impuls van ⁴° V op de tw eede decadeteller en buis ¹ hiervan gaat aan. Deze teller m aakt dus telkens één

Het gebruik van koude-kathodebuizen als schakelelement 25

stap, w anneer de tiende buis van de eerste decadeteller aan­

gaat. O p dezelfde wijze kan men een derde decadeteller aan­

brengen, die telkens een stap m aakt, w anneer de tw eede op IO kom t enz.

M en kan nu deze teller ook als schakelaar gebruiken, door de spanning op de kathode van de buisjes als m arkeerspanning te gebruiken. H eeft men een aantal impulsen geteld, dan is het buisje aan, dat overeenkom t met dit aantal en de spanning op de kathode van deze buis is ^IOO V, terw ijl die op alle andere kathoden ⁴O V is.

I⁶⁰V

Fig. 6.

Registerschakeling.

E r moet echter aan gedacht worden, dat gedurende het tellen de spanning van alle kathoden achtereenvolgens op ^IOO V kom t en het is daarom noodzakelijk de m arkeerspanning via een vertra- gingsnetw erk over te brengen. De vertraging moet groter zijn dan de tijdsduur, die tussen tw ee achtereenvolgende impulsen verloopt.

Regidterj

In ^{fig. 6} is de combinatie van een kiesschakeling met een

26 W. Six

register weergegeven. D e schakeling van de kiezer is dezelfde, als die van fig. 5, behalve dat de kiezer thans alleen een aan­

tal van I tot IO impulsen kan tellen. Geven wij b.v. met een kiesschijf een aantal impulsen, dan w ordt de kiezer ingesteld op het overeenkomstige ,,contact '. D raaien wij b.v. een drie dan zal buis ³ van de kiezer w orden ontstoken. De kathode van deze buis kom t dus op IOO V en deze spanning w ordt, via het vertragingsnetw erk bestaande uit de w eerstand R x en de condensator CIf overgebracht op de hulpanode van buis ³ van register I, w aardoor deze buis ontstoken w ordt. O ver de ge­

meenschappelijke w eerstand R ⁴ kom t een spanningsval van ⁵° V olt. D aardoor w ordt een spanningsimpuls gegeven op de hulp­

anode van buis A (de hulpanode van deze buis heeft een voor- spanning van ⁶⁰ V), w aardoor deze ontsteekt. In de kathode leiding van deze buis is een zelfinductie geschakeld in serie met een w eerstand en capaciteit parallel.

W anneer deze buis ontsteekt, slingert de spanning van de kathode op, zodat de spanning op de buis beneden de brand- spanning komt, w aardoor deze w eer gedoofd w ordt. Geven wij dus een positieve impuls op de hulpanode, dan ontstaat er in de kathode kring een positieve impuls van ^IOO V. Deze laatste impuls w ordt toegevoerd aan de gemeenschappelijke w eerstand van de kiezer, w aardoor deze gedoofd w ordt. W ij hebben nu dus het eerste cijfer geregistreerd in register I.

D oor de spanningsval over w eerstand /v⁴ is nu tevens regis­

ter I geblokkeerd en register II gevoelig gem aakt voor het ontvangen van het tw eede cijfer. H et punt p van de w eerstand R A is n.¹. via de potentiom eters bestaande uit de spannings- afhankelijke w eerstand R 3 en de w eerstand R 2, verbonden met de kathoden van de buisjes in de kiezer. A an de aftakpunten van deze potentiom eters zijn de hulpanoden van de buisjes van register II aangesloten. De potentiom eters zijn zo gedimensio­

neerd, dat als het punt p op aardpotentiaal staat en de kathode van een buisje van de kiezer op ^IOO V, het aftakpunt (d.i. de hulpanode van het overeenkom stige buisje van register II) een spanning van ⁶⁰ V heeft, terw ijl w anneer p een spanning heelt van 5° V, het aftakpunt op 9° V staat.

W ^ordt nu het tw eede cijfer gedraaid, b.v. een tw ee, dan zal de katode van buis tw ee van de kiezer op ^IOO V komen en dus de hulpanode van buis tw ee van register II op ⁹° V, w aardoor deze ontsteekt. O p dezelfde wijze als bij register I w ordt door bu is A de kiezer gedoofd. O p overeenkom stige wijze zouden

27

H et gebruik van koude-kathodebuizen als schakelelement

wij een derde cijfer in een derde register kunnen vastleggen enz.

Spreekconlaclen

"W anneer een gasontladingsbuis op gelijkstroom brandt, dan kan deze gelijkstroom met wisselstroom gemoduleerd worden.

W ^ordt een dergelijke buis in een spreekverbinding geschakeld, dan kan men door het ontsteken van de buis met gelijkstroom, een spreekcontact tot stand brengen. D it spreekcontact is tw ee­

zijdig, w ant de w isselstroom kan zowel van kathode naar anode als omgekeerd door de buis vloeien. De demping die de buis in de spreekverbinding veroorzaakt, hangt af van de impedantie van de buis t.o.v. die van het circuit, w aarin deze is geschakeld.

I inpedanlie deel en

Fig. 7.

van een gasontladingsbuis.

verticaal imaginaire deel van H orizontaal reële de impedantie.

D e im pedantie van een dergelijke buis is frequentie afhankelijk.

H et verloop van de im pedantie als functie van de frequentie in gasontladingen is uitvoerig bestudeerd door I r v. G e e 1 en D r V e r h a g e n te D elft.8)4) In vele gevallen verloopt deze volgens een halve cirkel zoals in Fig. ⁷ is aangegeven, w aarbij op de horizontale as het reële en op de verticale as het ima­

ginaire deel van de im pedantie is uitgezet. D aarbij is r de dif- ferentiaalw eerstand (d.i. de im pedantie bij co = O) *).

De im pedantie is van vele factoren afhankelijk. Zo w ordt deze in de eerste plaats bepaald door de stroom. Zolang het kathode oppervlak nog niet volledig met glimlicht is bedekt, is de im pedantie omgekeerd evenredig met de stroom, daarboven

*) Tengevolge van navverkingsverschijnselen en verschuivingsstromen zal de im pedantie bij zeer hoge frequenties in het algemeen belangrijk van deze kromme afwijken.

28 W. Six

omgekeerd evenredig met de w ortel uit de stroom. V erder is de im pedantie afhankelijk van de gasvulling en druk en van de geometrie van de electroden.

De hierboven beschreven buisjes hebben bij óm .A. bij ³⁰⁰ Hz een im pedantie van ca ⁴⁰⁰ Q en bij ³⁰⁰⁰ Hz van ca ⁵⁰⁰ *0. Ten einde de demping zoveel mogelijk te reduceren is het wenselijk de im pedantie van het circuit, w aarin deze buisjes geschakeld worden, door transform atie op zo hoog niveau te brengen, als met het oog op overspreken toelaatbaar is. In een circuit met een im pedantie van ²⁴⁰⁰ Q geven zij een demping van ca I dB . Zoals hierboven w erd gezegd, is het echter mogelijk, door ver­

groten van de stroom of door wijziging van de constructie oi gasvulling, deze demping nog te reduceren.

BezeL-ieot en blokkering

In de autom atische telefonie kom t het veelvuldig voor, dat uit een bundel lijnen een vrije lijn moet w orden gezocht. N ad at deze gevonden is, moet deze geblokkeerd w orden voor een vol­

gend onderzoek naar een vrije lijn.

M et electro-mechanische middelen geschiedt dit testen naar een vrije lijn in het algemeen, doordat door een schakelaar de lijnen van de bundel stuk voor stuk w orden afgetast, terw ijl de schakelaar stopt op de eerste vrije lijn.

M et electronische middelen hebben wij de mogelijkheid om alle lij nen van de bundel gelijktijdig af te tasten. W ij moeten er dan voor zorgen, dat zodra de verbinding met één van de vrije lijnen tot stand gekomen is, de schakeling van tw ee zijden geblokkeerd w ordt.

1. Z odra een verbinding is gem aakt, moet w orden voorkomen, dat nog een verbinding to t stand kom t m et één van de an­

dere vrije lijnen van de bundel.

2. Z odra de verbinding is gem aakt met één van de lijnen van de bundel, moet deze lijn geblokkeerd w orden, zodat d aar­

mee geen tw eede verbinding tot stand kan komen.

H et principe van een dergelijke schakeling is in fig. 8 sche­

matisch weergegeven. In deze figuur is de schakeling aangegeven voor een aantal abonné circuits, welke kunnen w orden verbonden met een aantal verbindingscircuits. V an de abonné circuits zijn er drie getekend: L lt L2 en Z3 en van de verbindingscircuits eveneens d rie : Vz, V2 en Vy Elk abonné circuit kan met elk verbindingscircuit w orden verbonden. D e blokkering geschiedt

Het gebruik van koude-kathodebuizen als schakelelement 29

door middel van de w eerstanden I\l in de kathodeleiding en in de anodeleiding van de buizen.

W anneer één van de abonné’s b.v. L3 de micro-telefoon van

Fig. 8.

Bezet-test en blokkeringsschakeling.

de haak neemt, w ordt de lijn gesloten en gaat de microfoonstroom vloeien (de microfoonvoeding heeft plaats vanuit de lijntrans­

form ator en is in het schema niet getekend). Dientengevolge ontstaat een spanningsimpuls op de transform ator. D e wikkel- richting van de transform ator en de stroom richting is zo gekozen,

30 W. Six

dat deze impuls negatief is op de secundaire van de trans! or- m ator en dus op de kathode van de buizen. D e hulpanoden van de buizen zijn via de w eerstanden R 2 verbonden met de potentiom eter, welke gevormd w ordt door de spanningsafhanke- lijke w eerstand R ⁴ en de w eerstand R 5. O p het aftakpunt van deze potentiom eter, — en dus ook op de hulpanoden —', staat ⁷° V.

W anneer nu een negatieve impuls kom t op de kathoden, dan zal één van de buizen ontsteken. Z odra deze buis ontstoken is, zal er stroom gaan vloeien, w aardoor tengevolge van de span- ningsval over R lf welke ⁶⁰ V is, de kathoden van alle buizen, die met L 3 zijn verbonden, op ⁶⁰ V komen en dus de beide andere buizen niet meer kunnen ontsteken. Toch zou nog de mogelijkheid bestaan, dat m eerdere buizen tegelijk ontsteken.

G edurende de korte tijd (io ^-5 tot IO^-4 sec), dat de hulpontlading in één van de buizen tot stand is gekomen, m aar de hoofdont­

lading nog niet, zijn de andere buizen nog niet geblokkeerd door de w eerstand Om te voorkomen, dat in die tijd een tw eede buis zou ontsteken, zijn de hulpanoden door de conden­

satoren Cr, gekoppeld. Z odra nu een hulpontlading in één van de buizen tot stand komt, zal er een spanningsval ontstaan over de w eerstand R 2 en dus zal de spanning op de hulp- anode dalen. Deze negatieve impuls w ordt via de condensatoren C2 op de hulpanoden van de andere buizen overgebracht, w aar­

door deze, — ook gedurende de tijd, dat de hoofdontlading nog niet is aangegaan — zijn geblokkeerd.

V eronderstel nu, dat een verbinding met V3 is gem aakt. D oor de spanningsval van ⁴⁰ V over de w eerstand R 3 zal de spanning over de potentiom eter R ^ -R 5 ook ⁴⁰ V dalen. H et aftakpunt van deze potentiom eter zakt ³⁰ V olt in spanning, zodat de hulp­

anoden van alle buizen, welke toegang geven tot Vv zijn gedaald van ⁷⁰ tot ⁴⁰ V. D aardoor is dus verbindingscircuit V3 geblok­

keerd voor alle andere abonné s.

V erschillende van de hierboven beschreven schakelingen zijn toegepast in een geheel electronische autom atische centrale voor IO aansluitingen en met ³ verbindingscircuits, w aarvan het principe schematisch is weergegeven in fig. 9. W anneer abonné I de M T van de haak neemt en daardoor de lijn sluit, kom t er een negatieve impuls op de secundaire van de transform ator en dus op de kathode van alle buisjes, die verbinding geven tussen dit abonné circuit en de verschillende verbindingscircuits.

Z odra één van deze buisjes aangaat zijn de andere geblokkeerd, terw ijl tevens het verbindingscircuit is geblokkeerd voor op­

Het gebruik van koude-kathodebuizen als schakelelement 31

roepen van andere abonnés; een en ander geschiedt zoals hier­

boven onder bezet-test en blokkering is beschreven.

D raait de abonné hierna een nummer met de kiesschijf, dan komen er via de transform ator impulsen op het verbindings- circuit. D e impulsen w orden geteld in een kiesschakeling, welke in de fi g. met K is aangeduid, en door deze kiezer w^ordt het

Principe schema van een electronische automatische centrale.

buisje van de opgeroepen abonné ontstoken. D e signalering heeft plaats door middel van relaisschakelingen in het verbin- dingscircuit. Een gedetailleerde beschrijving van het schema en de w erking van deze centrale w erd gegeven gedurende de vacantieleergang van de afdeling voor Electrotechniek van het Koninklijk Instituut van Ingenieurs, op 25 M ei 1951 te D e lft5), zodat hierop thans niet verder zal w orden ingegaan.

Eindhoven, 13 O ctober 1951

32 W. Six

Literatuur

1) G. H. Rockwood, C urrent rating and life of cold-cathode tubes Trans. A .I.E .E . 60, 901, 1941.

2) S. B. Ingram, Cold-cathode gasfilled tubes as circuit elements.

Trans. A .I.E .E . 58, 342, 1939.

3) C hr. v. Geel, U ntersuchungen von G asentladungen mit Rück­

sicht auf ihre dynamischen Eigenschaften und ihre Stabilität, Physica ^6, 806, 1939.

4) C. J. M . V erhagen, Theorie en metingen over im pedantie en stabiliteit van gasontladingen. D issertatie T. H . te D elft.

5) W . Six, Een geheel electronische autom atische telefooncen­

trale, D e Ingenieur 63, E 50, 1951.

Prof* D r l r J . jL. H . J o n k e r

Bij Koninklijk Besluit van 10 jan. 1952 is D r Ir J. L. H. J onker benoemd tot buitengewoon hoogleraar in de afdeling der Electrotechniek aan de Technische Hogeschool te D elft om onderwijs te geven in de ontwikkeling, constructie en bijzondere toepassingen van electronen- buizen.

H et N ederlands Radiogenootschap wil niet nalaten zijn Vice- V oorzitter de hartelijke gelukwensen aan te bieden bij deze benoeming.

Johan Bodewijk H endrik Jonker w erd op 19 M aart 1901 te 's-G ravenhage geboren. Hij verw ierf in 1925 te D elft het diplo­

ma van electrotechnisch ingenieur en promoveerde aldaar in 1942 tot doctor in de technische w etenschap op een proefschrift getiteld: ,,Stroomverdeling in versterkerbuizen”. Sedert 1950 is Jonker verbonden aan de N .V . Philips' Gloeilam penfabrieken.

Hij hee ft d aar de leiding van een groep op het N atuurkundig Laboratorium , welke onderzoekingen verricht op het terrein der electronenbuizen. In de loop der jaren verschenen verscheidene publicaties van zijn hand o.a. in de W ireless Engineer en in de Philips R esearch Reports. Uitvoerige studie heeft Jonker met zijn m edewerkers gem aakt van de secundaire emissie en zijn toepassing en bestrijding in electronenbuizen en van de ver­

deling van de electronenstroom over de verschillende electroden in een buis. H et onderzoek van de eigenschappen van lintvor­

mige bundels leidde tot de ontwikkeling van een nieuw type buizen, die als contact-, schakel-, kies- of telbuizen nieuwe mogelijkheden openen. V oor de leden van het Radiogenootschap heeft Jonker enige malen een voordracht over zijn onderzoe­

kingen gehouden, w aarvan de daarover in ons tijdschrift versche­

nen verslagen getuige afleggen.

In 1949 werd Jonker belast met het geven van onderwijs aan de lechm sche Hogeschool. .Zijn benoeming tot hoogleraar is te zien als de bekroning van vele jaren vruchtbare arbeid op het gebied der electronenbuizen.

Hij zal zijn inaugurele rede uitspreken op 19 M aart a.s te 15.50 uur in de aula van de Technische Hogeschool te Delft.

T.