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Elektrodensystem für eine Elektronenstrahlröhre und Elektronenstrahlröhre mit einem solchen Elektrodensystem
Die Erfindung betrifft ein Elektrodensystem für eine Elektronenstrahlröhre, deren Elektronenspritze mit geringen Steuerspannungen auskommt, wobei ein Elektronenbündel erzielbar ist, welches einen Fleck mit einem sehr kleinen Durchmesser auf dem Leuchtschirm erzeugt. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine mit einem solchen Elektrodensystem versehene Elektronenstrahlröhre.
Es ist bekannt, zur Erzielung einer hohen Steuerempfindlichkeit nahe vor der Kathode eine auf ei- nem geringen positiven Potential gehaltene feinmaschige Gitterelektrode anzubringen. Das positive Po- tential ist notwendig, um trotz der feinen Maschen noch einen hinreichenden Elektronenstrom durchlassen zu können. Zwischen diesem Gitter und der auf hohem Potential gehaltenen Anode wird in gewissen Fällen noch eine auf Nullpotential oder einem geringen negativen Potential gehaltene Hilfselektrode angebracht, so dass der Elektronenstrom völlig unterdrückt ist, wenn die Potentiale des Gitters und der Kathode gleich sind. Der Querschnitt des Bündels in der Nähe des Gitters kann dabei durch die Kathodenfläche oder durch die Öffnung des Gitters bedingt werden.
Ein positives Gitter hat jedoch den Nachteil, dass es stromführend wird. Jedoch dadurch, dass die positive Spannung niedrig gehalten wird und das Gitter aus sehr dünnen Drähtenhergestellt und nahe an der Kathode angebracht ist, können sowohl die Zahl als auch die Geschwindigkeit der auf den Gitterdrähten auftreffenden Elektronen beschränkt werden, so da 3 ihre Energie gering ist und dieAufheizung des Gitters innerhalb zulässiger Grenzen bleibt. Die Gitterdrähte sind meist auf einer dünnen Platte aufgewickelt, die auf einem widerstandsfähigen Rahmen befestigt ist.
Infolge des positiven Gitterpotentials tritt weiterhin der Nachteil auf, dass eine Streuung der Elektronen senkrecht zu den Gitterdrähten auftreten kann, wodurch der Elektronenfleck am Leuchtschirm der Röhre entsprechend dem Augenblickswert der Steuerspannungen mehr oder weniger elliptisch verformt wird.
Es ist bekannt, die elliptische Verformung des Flecks dadurch herabzusetzen, dass das Gitter durch eine dünne, durchlöcherte Platte ersetzt wird, jedoch wird der Leuchtfleck dann beträchtlich vergrössert, was gleichfalls unerwünscht ist.
Die Erfindung macht es möglich, die erwähnten Nachteile weitgehend herabzusetzen und eine hohe Steuerempfindlichkeit zu erzielen, wobei ein kleiner Leuchtfleck am Schirm erzielt wird, wenn bei einer Vorrichtung mit einer Elektronenstrahlröhre, deren Elektronenspritze aus einer Kathode, einer auf einem niedrigen positiven Potential gehaltenen, nahe vor der Kathode angebrachten Gitterelektrode, einer auf einem negativen Potential gehaltenen Hilfselektrode und einer auf einem lohen positiven Potentialgehaltenen Anode besteht, wobei Massnahmen getroffen sind, durch die das Elektronenbündel beim Verlassen des Gitters einen bestimmten Querschnitt aufweist und einen Fleck mit sehr geringen Abmessungen auf einem Leuchtschirm erzeugt.
Nach der Erfindung ist die Hilfselektrode an ein so hohes negatives Potential gelegt, dass das Raumpotential an der Stelle der Gitterfläche nahezu gleich dem positiven Potential des Gitters ist, und der Durchmesser der Öffnung der Hilfselektrode ist wenigstens etwa ein Dreifaches desjenigen der wirksamen Gitterfläche. Das negative Potential der Hilfselektrode ist höher als 50 V und im all-
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gemeinen 100 - 150 V negativ gegenüber dem mittleren Kathodenpotential, entsprechend der Anoden- spannung und den Abmessungen bzw. der Anordnung der Elektrode der Elektronenspritze.
Der Querschnitt des Bündels'beim Verlassen des Gitters kann durch die elektronenemittierende Ka- thodenfläche, jedoch auch durch die Öffnung in der Gitterelektrode selbst bedingt werden.
Die Erfindung wird an Hand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In dieser zeigt Fig. 1 eine Vorrichtung mit einer Elektronenstrahlröhre nach der Erfindung, Fig. 2 ein Detail dieser Vorrichtung und Fig. 3 ein Detail einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung.
In Fig. 1 bezeichnet 1 den Kolben einer Elektronenstrahlröhre. In der Röhre befinden sich eine Elektronenspritze, die aus einer Kathode 2. einem Gitter 3, einer Anode 4, einer Hilfselektrode 5 und einer Schirmelektrode 6 besteht, sowie ein Leuchtschirm 7.
Die Steuerspannung wird in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwischen Erde und der Kathode 2 angelegt. Die Kathode 2 hat eine Oberfläche, die dem Bündelquerschnitt entspricht und demnach den Bündelquerschnitt in der Nähe des Gitters bedingt. Störungen infolge der aus dem RandderKathode2 ausgelösten Elektronen werden vermieden, indem die Randemission dadurch unterdrückt wird, dass eine Schirmelektrode 6 vorgesehen ist, welche die elektronenemittierende Oberfläche eng umgibt und die an ein negatives Potential, das aber nicht kritisch ist und 2 - 20 V negativ betragen kann, gelegt ist. Die dem Gitter zugekehrte Oberfläche der Schirmelektrode kann am besten mit der wirksamen Kathodenfläche in einer Ebene liegen.
Da das Gitter 3 schwach positiv ist, z. B. 10 V, und dafür gesorgt ist, dass das Raumpotential an dieser Stelle möglichst gleich dem Gitterpotential ist, sind die Verhältnisse an dieser Stelle derart, als ob keine Gitterdrähte vorhanden wären, wodurch die Elektronen nahezu keine Ablenkung durch die Gitterdrähte erfahren. Infolge des geringen Abstandes vom Gitter 3 zu der Kathode 2 von z. B. 90 bis 100 u und des geringen positiven Potentials des Gitters 3, haben die auf den Gitterdrähten auftreffenden Elektronen eine geringe Geschwindigkeit und somit eine geringe Energie (in diesem Falle etwa 1mW), so dass keine nachteilige Erhitzung der dünnen Gitterdrähte auftritt.
Die Elektronen werden, da die Gitterdrahte nahezu keine Linsenwirkung haben und das Raumpotential möglichst gleich dem Gitterpotential ist, in einem einzigen Brennpunkt zwischen der Hilfselektrode 5 und der Anode 4 fokussiert, wie es in Fig. 2 dargestellt ist.
Da die Elektronen beim Durchgang durch das Gitter eine geringe Geschwindigkeit haben, ist die Steuerung empfindlich. Um zu verhüten, dass der Bündelquerschnitt infolge gegenseitiger Abstossung der Elektronen durch die Raumladung im Bündel übermässig zunimmt, ist es erwünscht, dass die Elektronen nach dem Durchgang durch das Gitter schnell eine hohe Geschwindigkeit erreichen. Aus diesem Grunde
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Wäre die Anode 4 in einem grossen Abstand angebracht, um das niedrige Raumpotential beim Gitter zu . erzielen, so würden die Elektronen einen grossen Abstand mit verhältnismässig geringer Geschwindigkeit zurücklegen, woraus sich eine Streuung des Bündels ergeben würde.
Es hat sich trotz des geringeren Ab- standes zwischen der Anode 4 und dem Gitter 3 als möglich erwiesen, das Raumpotential an der Stelle des Gitters dennoch hinreichend niedrig zu machen, indem der Hilfselektrode 5 eine hohe negative Spannung gegeben wird.
Um ausserdem zu erreicnen, dass die Äquipotentiallinien beim Gitter ndhezu parallel zur wirksamen Gitterfläche verlaufen, was zur Vermeidung einer Ablenkung der Randelektronen des Bündels erforderlich ist, muss der Durchmesser der Öffnung der Hilfselektrode 5 wenigstens ein Dreifaches desBündeldurchmes- sers an der Stelle des Gitters 3 sein.
Eine Schwierigkeit bei der Bauart nach Fig. 2, bei der der Bündelquerschnitt durch die Kathodenfläche bedingt wird, besteht darin, dass die Kathode sehr genau in der Mittellinie der Elektronenspritze angebracht werden muss.
Dieser Nachteil wird vermieden, wenn die Kathode in an sich bekannter Weise eine grössere Oberfläche hat als der Bündelquerschnitt in der Nähe des Gitters und dieser Bündelquerschnitt durch den offenen Teil des Gitters bedingt wird, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Die Kathode 8 braucht dann nur im richtigen Abstand vom Gitter 9 angebracht zu werden. In seitlicher Richtung ist die Montage jedoch nicht kritisch.
Das Gitter 9 besteht aus zehn dünnen Drähten, welche über der Öffnung einer dünnen Metallplatte 10 angebracht sind. Die Platte 10 muss dünner sein als ein Zehntel des Bündeldurchmessers an dieser Stelle, da der Rand der Öffnung in dieser Platte sonst Störungen in den Elektronenbahnen herbeiführt. Der Durchmesser der Öffnung des Gitters 9 beträgt in diesem Falle 0,4 mm, die Stärke der Gitterdrähte 7u, die Stärke der Platte 10 beträgt 10u und die Steigung der Gitterdrähte ist 40,us
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Die Platte 10 ist selbst auf einem widerstandsfähigen Gitterrahmen 11 befestigt, dessen Öffnung so gross ist, dass der Abstand zwischen dessen Rand und dem Bündel wenigstens das Doppelte der Stärke des Rahmens beträgt.
In dem beschriebenen Falle hat die Öffnung des Rahmens 11 einen Durchmesser von 2 mm. Der Abstand zwischen dem Gitter 9 und der Kathodenfläche 8 beträgt 9011 und der Abstand zwischen der Hilfselektrode 5 und der Kathode 8 beträgt 650u. Der Durchmesser des Zylind ert eil es der Hilfselektr0- de 5 beträgt 10 mm und der kleinste Abstand zwischen der Anode 4 und der Kathode 8 beträgt etwa 5
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Wie in Fig. 2 und 3 dargestellt, hat das Bündel einen einzigen, nahezu kreisförmigen Brennpunkt 12, im Gegensatz zu dem Fall, bei welchem das Raumpotential an der Stelle der Gitterfläche nicht nahezu gleich dem positiven Gitterpotential gehalten und der Brennpunkt elliptisch verformt wird. Ein Brennpunkt mit zu grossen Abmessungen entsteht, wenn die Öffnungen der Elektrodenteile 5,10 und 11 nicht gross genug sind, wie es bei den meisten bekannten Elektronenspritzen der Fall ist. Eine zu grosse Öffnung der Elektrode 5 ist jedoch nachteilig, da dann ihr Potential viel stärker negativ sein muss, um das ge- wünschte niedrige Raumpotential in der Nähe des Gitters 3 bzw. 9 erzielen zu können.
Es ergibt sich, dass durch die erfindungsgemässe Anordnung die nachteilige Verformung des Leuchtflecks auf dem Schirm 7 nahezu völlig vermeidbar ist und eine Steuerspannung von weniger als 10 V zum vollständigen Modulieren des Bündelstromes genügt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektrodensystem für eine Elektronenstrahlröhre, deren Elektronenspritze aus einer Kathode, einer auf einem niedrigen positiven Potential gehaltenen, nahe vor der Kathode angebrachten Gitterelektrode, einer auf einem negativen Potential gehaltenen Hilfselektrode und einer auf einem hohen positiven Potential gehaltenen Anode besteht, wobei Massnahmen getroffen sind, durch diedasElektronenbündelbeim Verlassen des Gitters einen bestimmten Querschnitt besitzt und einen Fleck mit sehrkleinenAbmessungen auf einem Leuchtschirm erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfselektrode an ein so hohes negatives Potential gelegt ist, dass das Raumpotential an der Stelle der Gitterfläche nahezu gleich dem positiven Potential des Gitters ist,
und der Durchmesser der Öffnung der Hilfselektrode wenigstens etwa dreimal so gross ist als der der wirksamen Gitterfläche.