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Kathodenstrahlenröhre, Verfahren zu ihrer Herstellung und Schaltung zur Registrierung schnell verlaufender Erscheinungen.
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In Fig. 1 bedeutet 1 den als Elektronenquelle dienenden Glühfaden, 2 die in der Mitte zweckmässig mit kreisförmiger Öffnung versehene, als Steuerelektrode dienende Hilfsanode, 3 die mit Stromzuleitung 4 und ebenfalls mit kreisförmiger Öffnung versehene Anode, 5 die obenerwähnte dünne Metallschicht, welche die von der Anode rechtsliegenden Teile der Röhrenwand mit Ausnahme der als Aufnahmeschirm dienenden Stirnwand 9 überzieht und mittels Stromzuleitung 6 mit der Anode 3 in leitender Verbindung steht. An der Figur ist noch eine weitere mit kreisförmiger Öffnung versehene Metalllamelle 7 dargestellt, welche zum Auffangen der von der Wand zurückgeworfenen oder aus der Wand austretenden Sekundärelektronen dient und welche mit Metallschicht 5 und Stromzuleitung 8 in leitender Verbindung steht.
Zur Heizung der Glühkathode dient Batterie 10. Die beschleunigende Spannung für die Elektronen (Erzeugung der Kathodenstrahlen) liefert die hochgespannte Stromquelle 11, deren negativer Pol mit der Glühkathode und positiver Pol mit Anode 3, Metallschicht 5 und Diaphragma 7 verbunden und zweckmässig geerdet ist. Die Arbeitsweise der Röhre ist wie folgt. Die aus dem Glühfaden durch Öffnung 2 austretenden Elektronen werden durch das zwischen Kathode und Anode bestehende Kraftfeld beschleunigt, fliegen durch Öffnung 3 und durchlaufen den von dieser nach rechts liegenden Röhrenraum als Kathodenstrahlenbündel mit gleichmässiger Geschwindigkeit bis zum Auffangschirm.
In der Figur sind nicht gezeigt die zur Zusammenschnürung des Bündels (Erzeugung eines punktförmigen Kathodenstrahlenfleckes) dienende sogenannte Konzentrationsspule und die Ablenkungsspule bzw. Ablenkungsspulen, mittels derer die Richtung des Bündels auf bekannte Weise beeinflusst und der Verlauf der aufzunehmenden elektrischen Erscheinung auf dem Auffangschirm gezeichnet wird.
Mit Hinsicht auf das korrekte Arbeiten der Rohre-insbesondere zur Vermeidung der eventuell das aufzunehmende Bild störenden, negativen oder positiven Ladungen (Elektronen oder Ionen) ist es zweckmässig, die Kathodenstrahlen nur während der Dauer der zu registrierenden Erscheinung aufrechtzuerhalten. Dies kann z. B. durch die in Fig. 1 gezeigten Schaltung der Elektrode 2 einfach erreicht werden. Vor der Aufnahme erhält diese Elektrode durch den Ruhekontakt 13 des Tasters 12 aus Batterie 14 eine grosse negative Vorspannung, dass kein Elektronenaustritt stattfinden kann. Soll die Röhre in Arbeitszustand versetzt werden bzw. die Aufnahme stattfinden, wird diese Vorspannung durch Abdrücken des Tasters 12 unterbrochen bzw. durch den Arbeitskontakt 15 mit positiver Vorspannung vertauscht.
Dieser Vorgang, der mit einem aus der Photographie genommenen Vergleiche"Exponieren"genannt werden kann, wird zweckmässig mit dem Auftreten der zu registrierenden Erscheinung zwangsweise verbunden, so dass der zur Umschaltung der Vorspannung dienende Mechanismus (z. B. Abdrücken des Tasters) gleichzeitig die zu registrierende Erscheinung (z. B. die Entladung eines Kondensators usw. ) in Gang setzt. Diese Verbindung kann auf rein mechanischem Wege gemacht werden, z. B. dadurch, dass an Taster j ! 2 noch ein Hilfskontakt 19 angebracht wird, welcher beim Abdrücken des Tasters z. B. den Entladungsstromkreis eines Kondensators schliesst.
Durch Kontakt 19 können auch elektromagnetische Relais betätigt werden, welche dann ihrerseits die zu registrierende Erscheinung in Gang setzen, oder es kann dieses durch Zwischenschaltung von Elektronenröhren als Relais bewerkstelligt werden, wobei dann zweckmässig Kontakt 19 des Tasters 12 die Gitterspannung einer Elektronenröhre beeinflusst. Selbstverständlich sind alle diese Schaltungsmöglichkeiten nicht an die Anwendung des Tasters 12 gebunden, sie haben nur das gemeinsame Kennzeichen, dass die zur Umschaltung der Vorspannung dienende Einrichtung der Röhre (z. B. Taster 12) gleichzeitig die zu registrierende Erscheinung in Gang setzt.
Die hier erwähnte Zwangsverbindung zwischen dem Auftreten der Kathodenstrahlen und der zu
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usw. ) handelt. In diesem Falle muss die obenerwähnte Zwangsverbindung in umgekehrter Richtung funktionieren, nämlich die zu registrierende Erscheinung muss die Oszillographenröhre bzw. die Kathodenstrahlen in Gang setzen. Zu diesem Zwecke-besonders wenn es sich um die Registrierung schnell verlaufender Erscheinungen handelt-werden zweckmässig trägheitslose Relais, d. h. Elektronenröhren, angewendet. Die zu registrierende Erscheinung, z.
B. die in Form einer Wanderwelle auf eine Fernleitung sich ausbreitende Überspannung, wirkt im Augenblicke ihres Eintreffen auf den Gitterkreis einer Elektronenröhre und die dadurch auftretende Änderung in dem Anodenstromkreis wird zur Umschaltung der Steuerspannung der Oszillographenröhre benutzt. Elektronenröhren in der an sich bekannten Kippschaltung sind zu diesem Zwecke gut anwendbar.
Es sind Oszillographanordnungen bekannt, bei denen das Ingangsetzen des Oszillographen mit dem Einsetzen der zu registrierenden Erscheinung zwangsläufig gekoppelt ist, doch wird bei diesen Anordnungen das Einsetzen der Erscheinung mit der Bewegung der bereits fliessenden Kathodenstrahlen entlang der Zeitachse, also mit der Spannung eines Ablenkungskondensators, gekoppelt, wogegen erfindungsgemäss die Koppelung die Spannung einer als Gitter wirkenden Steuerelektrode, also das Einsetzen der Kathodenstrahlen, selbst beeinflusst.
Die erfindungsgemässe Ausführung der Kathodenstrahlen-Oszillographenröhre besitzt viele technische Vorteile. Die Metallschicht lässt sich in der bereits evakuierten Röhre selbst herstellen mit Hilfe der Verdampfung irgendeines geeigneten Metalls im Vakuum. Dadurch, wie bereits erwähnt, wird es vermieden, dass in die Röhre grosse und schwer entgasbare Metallmengen eingeführt werden, wodurch die
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Herstellung der Röhre wesentlich vereinfacht wird. Weiterhin kann das geeignet ausgewählte Metall, welches in der Röhre verdampft wird, zur Verbesserung des Vakuums in an sich bekannter Weise ausgenutzt werden. Besonders zweckmässig hat sich die Anwendung des Magnesiums erwiesen, welches vorher z. B. auf die Metallamelle 7 aufgetragen und in dem evakuierten Rohr mittels auf elektrischem Wege erfolgter Erhitzung der Lamelle 7 verdampft wird.
Die Metalldämpfe bilden an der Röhrenwand einen gleichmässigen, zusammenhängenden Beschlag. Wo der Metallspiegel unerwünscht ist, z. B. an der Stirnfläche 9, kann das Metall restlos durch Erwärmung des betreffenden Wandteiles entfernt werden.
Der Metallspiegel auf der Röhrenwand kann vorteilhaft zur Ausbildung der Ablenkungskondensatoren benützt werden, wie in Fig. 2 gezeigt wird, wo die Metallschicht in zwei Teile 5, 5'gespaltet ist und beide Teile mit separaten Stromzuleitungen 8, 8'versehen sind. Die eine Belegung des auf diese Weise entstandenen Kondensators wird zusammen mit dem entsprechenden Pol der beschleunigenden Spannung geerdet, während die Ablenkungsspannung-welche z. B. vom Transformator 16 genommen wird und eine bedeutend kleinere Grössenordnung als die Beschleunigungsspannung besitzt-an die beiden Belegungen 5,5', wie in der Figur gezeigt, geschaltet wird.
Wenn für die Metallsehieht Magnesium verwendet wird, kann die Aufteilung der Metallschicht besonders einfach dadurch geschehen, dass die Röhrenwand entlang der Teilungslinie mit einer Stichflamme erhitzt wird.
Es ist oft erwünscht, die Ablenkung des Kathodenstrahlenbündels in beiden aufeinander senkrechten Richtungen elektrostatisch zu bewerkstelligen. Auch in diesem Falle lassen sich die dazu nötigen zwei Ablenkungskondensatoren, die zwei aufeinander senkrechte Kraftfelder besitzen, aus der Metallschieht der Röhrenwand ausbilden, wie das in Fig. 3 in Seitenansicht und in Fig. 4 im entlang der Linie a-b bzw. c-d geführten Querschnitt gezeigt ist. In der Figur bedeuten 5,5'die Belegungen, 8, 8'die Stromzuleitungen des einen Kondensators und 17, 17'die Belegungen, 18, 18'die Stromzuleitungen des zweiten Kondensators.
An der in der Fig. 2 bzw. 3 gezeigten Röhre ist Anode 3 der Fig. 1 gezeigten Röhre fortgelassen und die Metallschicht als Anode benutzt. Auch in diesem Falle, wie die in Fig. 3 punktiert eingezeichnete Kraftlinienverteilung zeigt, endet der grösste Teil der Kraftlinien am Anfange der Metallschicht und die übrigen Röhrenteile bleiben praktisch feldfrei. Anderseits wird der nützliche Kathodenstrahlenquer- sehnitt durch Fortfallen des Anodendiaphragmas vergrössert und die in die Röhre eingeführte und zu entgasende Metallmenge vermindert. Aus demselben Grunde ist es vorteilhaft, Steuerelektrode 2 nicht aus massivem Metall, sondern aus Glas, Quarz usw. herzustellen und in der evakuierten Röhre mit einer dünnen Metallschicht zu versehen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Hochvakuum-Kathodenstrahlen-OsziIIographenröhre mit Glühkathode, Anode und einer oder mehreren Steuerelektroden zur Ausübung des Verfahrens nach Patent Nr. 115564, gekennzeichnet durch eine an der Innenwand der Röhre sich befindende dünne Metallschicht, welche aus einem oder mehreren voneinander isolierten und mit separaten Stromzuleitungen versehenen Teilen besteht, und ein Potential gleich oder nahezu gleich dem der Anode hat bzw. selbst als Anode dient.