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PERFECTIONNEMENTS AUX TUBES A RAYON CATHODIQUE.
La présente invention se rapport aux tubes à rayon cathodique durs et concerne dans ces tubes le système d'électrodes appelé canon électronique.
Le canon électronique d'un tube à rayon cathodique consiste en général en une cathode, une première électrode de concentration et de modulation et ùne combinaison d'électrodes accélératrices qui concentrent le faisceau électronique, par exemple sur l'écran fluorescent du tube.
On a reconnu qu'en cours de fonctionnement, le diamètre de la tache qui est finalement mise au point sur l'écran du tube varie lorsque les potentiels de modulation appliqués au
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tube varient eux-mêmes. On comprend que cela soit nuisible, et la présente invention a pour objet un tube à rayon cathodique perfectionné et un procédé de fonctionnement de celuici ayant pour but de réduire la variation de diamètre de la tache qui se produit quand les potentiels de modulation varient.
Une des caractéristiques de l'invention consiste en une méthode pour faire fonctionner un tube à rayon électronique dur dans l'enveloppe duquel se trouvent, dans l'ordre indiqué une cathode, un écran de cathode percé, un premier accélérateur, un ralentisseur ou grille de contraction, un second accélérateur ou première anode, et des dispositifs qui ne sont pas forcément à l'intérieur de l'enveloppe, pour opérer la concentration finale d'un faisceau d'électrons provenant de ladite cathode sur l'écran du tube ;
méthode consis- tant à accélérer la marche des électrons et à les faire converger en un point entre la cathode et le premier accélérateur, à ralentir le faisceau électronique pour former un second ppint de concentration près de l'extrémité de la première anode faisant face à la cathode, à moduler le faisceau dans la région d'un desdits points de concentration, à accélérer la faisceau électronique et mettre au point sur l'écran une image du second point de concentration, cette méthode étant telle que le diamètre de la tache produite par la mise au point sur l'écran soit rendu plus constant.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, on prévoit un circuit comprenant un tube à rayon cathodique dans l'enveloppe duquel sont disposés, dans l'ordre indiqué, une cathode, un-écran de cathode percé, une électrode accélératrice percée, une électrode de ralentissement comportant un diaphragme percé d'un trou et un second accélérateur ou
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première anode, ainsi que des dispositifs, qui ne se trouvent pas forcément à l'intérieur de l'enveloppe, pour concentrer le faisceau électronique suivant une petite tache sur l'écran du tube et dans lequel les signaux devant être reproduits sur l'écran sont utilisés soit pour moduler le faisceau entre la cathode et la première accélératrice, soit pour le moduler à la première électrode de ralentissement,
et dans lequel des dispositifs sont prévus pour appliquer au premier accélérateur un potentiel positif élevé par rapport à la cathode, au ralentisseur un potentiel qui est le même que celui de la cathode ou légèrement positif ou négatif par rapport à lui, à l'écran accélérateur un potentiel positif élevé par rapport à la cathode, la disposition des électrodes et les potentiels qui leur sont appliqués étant tels que pendant le fonctionnement les électrons émanant de la cathode sont amenés à converger entre la cathode et le premier accélérateur et à converger de nouveau près de l'extrémité du second accélérateur ou première anode faisant face à la cathode,
la disposition étant de plus telle que la variation de la dimension de la tache sur l'écran pour la gamme la plus élevée des densités de courant soit sensiblement moindre que la variation représentée sur la courbe "A" de la figure 2 du dessin dont il est question plus loin.
Une autre caractéristique de l'invention porte sur un arrangement de circuit comprenant un tube à rayon cathodique du type dur dans l'enveloppe duquel sont montés, dans l'ordre indiqué, une cathode, un écran de cathode percé, une électrode accélératrice percée, une électrode ralentisseuse comprenant un diaphragme percé d'un trou et un second accélérateur ou première anode, ainsi que des dispositifs, qui ne se trouvent pas forcément à l'intérieur de l'enveloppe, pour
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produire la mise au point finale du faisceau qui forme alors une petite tache sur l'écran du tube, le premier accélérateur étant disposé à une distance de la cathode comprise entre 3 et 5 fois le diamètre de l'ouverture de l'écran de cathode,
dans lequel les signaux devant être reproduits sur l'écran sont utilisés pour moduler le faisceau soit entre la cathode et le premier accélérateur, soit à l'électrode ralentisseuse ; dans lequel des dispositifs sont prévus pour appliquer au premier accélérateur un potentiel positif élevé par rapport à celui de la cathode, au ralentisseur un potentiel qui est le même que celui de la cathode ou légèrement positif ou négatif par rapport à lui, et au second accélérateur un potentiel positif élevé par rapport à celui de la cathode, la disposition des électrodes et les potentiels qui leur sont appliqués étant tels qu'au cours du fonctionnement la variation de la dimension de la tache sur l'écran, pour la gamme la plus élevée de densités de courant,
soit sensiblement inférieure à la variation représentée par la courbe "A" de la figure 2 des dessins.
Une autre caractéristique de l'invention porte sur un tube à rayon cathodique du type dur dans l'enveloppe duquel sont disposés, dans l'ordre indiqué, une cathode, un écran de cathode percé, une électrode accélératrice percée, une électrode ralentisseuse comprenant un diaphragme percé d'un trou, un second accélérateur ou première anode et des dispositifs, qui ne sont pas forcément contenus dans l'enveloppe, pour produire une mise au point finale du faisceau sur l'écran du tube où il forme une petite tache, la forme et les dimensions des diverses électrodes étant telles qu'au cours du fonctionnement un potentiel relativement élevé par rapport à celui de la cathode est appliqué au premier accélérateur,
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tandis qu'il est appliqué au ralentisseur un potentiel qui est le même que celui de la cathode ou bien légèrement positif ou négatif par rapport à lui', et au second accélérateur un potentiel positif élevé par rapport à celui de la cathode, et lorsque le rayon cathodique est modulé entre la cathode et le premier accélérateur, les électrons émanant de la cathode sont concentrés en un point entre la cathode et le premier accélérateur et se rencontrent de nouveau en un point près de l'extrémité du second accélérateur ou première anode faisant face à la cathode, les dispositions étant telles que le diamètre de la tache mise au point sur l'écran du tube soit rendu plus constant quand on fait varier le courant dans le faisceau cathodique.
Une autre caractéristique de l'invention porte sur un tube à rayon cathodique du type dur dans l'enveloppe duquel sont montés dans l'ordre indiqué, une cathode, un écran de cathode percé, une électrode accélératrice percée, une électrode ralentisseuse comprenant un diaphragme percé d'un trou et un second accélérateur ou première anode, ainsi que des dispositifs, qui ne sont pas nécessairement contenus dans l'enveloppe, pour cencentrer finalement le rayon qui forme alors une petite tache sur l'écran du tube, le premier accélérateur étant disposé à une distance du tube comprise entre 3 et 5 fois le diamètre de l'ouverture de l'écran de cathode, l'arrangement et la disposition des électrodes étant tels qu'en cours de fonctionnement un potentiel relativement élevé par rapport à celui de la cathode est appliqué au premier accélérateur,
qu'au ralentisseur est appliqué un potentiel qui est le même que celui de la cathode ou bien légèrement positif ou négatif par rapport à lui, qu'au second accélérateur est appliqué un potentiel positif élevé par rapport à
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celui de la cathode et que, lorsque le rayon cathodique est modulé entre la cathode et le/ premier accélérateur, le diamètre de la tache mise au point sur l'écran est rendu plus constant lorsqu'on fait varier le courant dans le faisceau cathodique.
Afin que la nature de l'invention soit plus clairement comprise, on va maintenant décrire, à titre d'exemple, un canon électronique suivant l'invention, en se reportant aux dessins annexés sur lesquels :
La figure 1 montre les éléments du système;
La figure 2 montrer les courbes qui indiquent la relation entre le diamètre de la tache et le courant de la seconde anode dans le cas des tubes connus et dans le cas d'un tube suivant l'invention;
La figure 3 représente un canon électronique suivant une variante de l'invention; et
La figure 4 montre un tube à rayon cathodique suivant le mode de réalisation représenté sur la figure 3, les électrodes étant reliées à des sources de potentiel appropriées.
D'après la figure 1 des dessins, une cathode 1 est placée derrière un diaphragme 2 percé d'un trou dans un cylindre 3 qu'on peut appeler écran de cathode. Près de cet écran est disposée une électrode accélératrice 4 plate percée d'un trou qui est suivie d'une électrode cylindrique 5 relativement courte dans laquelle un diaphragme 6 percé d'un trou est monté à une petite distance de l'électrode accélératrice 4. On peut considérer l'électrode 5 comme une électrode de contraction car, vu le potentiel qui lui est appliqué, elle contracte le champ dans son voisinage et force les électrons à se concentrer en un point.
L'assemblage formant le canon électronique est complété par une première anode cylindrique
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7 ayant le même diamètre que l'écran de cathode 2 et l'électrode de contraction 5, et comportant des diaphragmes 8 et 9 percés chacun d'un trou, une seconde anode 10, ayant un diamètre plus grand que l'anode 7 étant disposée de façon à chevaucher sur cette anode.
En supposant que les électrodes 4, 5 et 7 soient cylindriques d'environ 12 millimètres de diamètre, les voltages de fonctionnement de l'ensemble du canon peuvent être les suivants. Tandis que la cathode 1 est maintenue au potentiel zéro, les signaux d'image amplifiés ou potentiels de modulation sont appliqués de préférence à l'écran de cathode 3 et peuvent varier de - 40 volts à zéro. L'électrode accélératrice 4 est maintenue approximativement à 1500 volts, mais l'électrode de contraction 5 est maintenue à un potentiel zéro ou légèrement positif. Si l'électrode de contraction était à un potentiel négatif, la tache mise au point serait entourée d'un halo, et ce halo est supprimé en portant cette électrode à un potentiel nul ou légèrement positif.
S'il se trouve qu'un halo peut être toléré, alors on peut maintenir l'électrode 5 à un potentiel légèrement négatif.
La première anode 7 est maintenue à un potentiel positif de 50 volts ou au-dessus, et la seconde anode 10 est maintenue à un potentiel positif supérieur à celui appliqué à l'anode 7, de façon à produire une concentration qui aura pour résultat de concentrer le faisceau d'électrons en formant une petite tache de l'écran fluorescent ou autre d'un tube à rayon cathodique comportant le canon électronique. On peut d'une autre façon obtenir la concentration au moyen d'une bobine électromagnétique, auquel cas on peut relier ensemble les anodes 7 et 10 ou bien supprimer l'anode 10. Les ouvertures des électrodes 2, 4, 6 et 8 peuvent
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avoir un diamètre de 1,8 mm.
La distance entre l'électrode accélératrice 4 et la cathode 1 est critique, elle est comprise entre trois et cinq fois le diamètre de l'ouverture de l'écran 2, la distance optima étant égale à environ quatre fois le diamètre de cette ouverture. L'espacement des électrodes peut être le suivant.
L'écran 2 est placé en face de la cathode qui a un diamètre de 6 mm. à une distance de 0,3 mm. tandis que la partie tubulaire 3 a 7 mm. L'accélérateur 4 est de chaque coté séparé des électrodes 3 et 5 de 1 mm. L'électrode 5 a 10 mm. de long et le diaphragme 6 se trouve à 3 mm. de l'extrémité de 5 voisine de l'accélérateur 4. L'anode 7 a 8 cm. de long et se trouve à 1 mm. de l'électrode 5, le diaphragme 9 se trouvant à 2,5 cm. de l'extrémité de l'anode 7 voisine de la seconde anode 10. Le métal des diverses électrodes a une épaisseur de 0,2 mm.
Le canon à électrons représenté fonctionne de la façon suivante. Les électrons venant de la cathode 1 reçoivent une accélération de l'électrode 4 et sont rendus convergents de façon à se concentrer en un point près de la cathode et devant le diaphragme percé d'une ouverture 2.
La section droite du faisceau au point de concentration est petite dans le cas de courants de faible densité, mais avec les courants de forte densité la répulsion électronique causée par la charge spatiale a pour effet d'accroître considérablement la dimension de la section droite au point de concentration. La lentille électronique formée entre l'électrode 3, l'électrode accélératrice percée 4 et l'électrode de contraction 5 avec son diaphragme 6 percé d'un trou, forme au voisinage de l'ouverture du diaphragme 6 une image de la section droite du faisceau en son premier point de con-
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centration.
Néanmoins, le second point de concentration diffère du premier en ce que sa section droite reste petite même avec des courants de forte densité, à cause de l'action contractante du champ convergent en forme de selle qui existe dans l'électrode 5 et l'ouverture du diaphragme 6. Une image quelque peu agrandie de la section droite du faisceau au second point de concentration est reproduite sur l'écran.
Lorsque les potentiels des électrodes sont ceux indiqués, en supposant que les petites ouvertures des diaphragmes 2, 4, 6 et 8 soient d'environ 1,8 mm. et que l'ouverture du diaphragme 9 soit d'environ 7,5 mm., les courants sont les suivants : l'émission totale sera de l'ordre de 1 à 1,5 milliampères, le courant de l'électrode accélératrice 4 représentera 5%, le courant de l'électrode de contraction 5 sera nul et celui de la première anode 30 à 40%.
Bien qu'on ait représenté une électrode tubulaire 3 et un diaphragme 6 pour produire un champ convergent en forme de selle, on peut placer entre l'électrode accélératrice et la première anode une électrode de forme différente pourvu que le champ convergent soit produit quand on lui applique un potentiel plus faible que celui de l'électrode accélératrice 4 ou de la première anode 7.
Comme indiqué plus haut, les potentiels de modulation sont de préférence appliqués à l'électrode 3, ces potentiels ayant une action efficace sur le faisceau électronique à une distance appréciable du champ de contraction provenant de l'électrode 5.
Néanmoins, il peut être avantageux, dans certains cas où les potentiels modulateurs sont appliqués à l'écran de cathode, d'appliquer un potentiel variable à l'électrode de contraction, ce potentiel variable ayant une relation de
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phase bien définie'par rapport aux autres potentiels. Un tel potentiel variable ne ferait pas varier le courant de la seconde anode, et le but pour lequel on emploirait ce potentiel variable serait d'augmenter la contraction du faisceau, ce qui augmenterait l'effet de répulsion dû à la charge spatiale, c'est à dire augmenterait le courant.
Si onle désire, on peut appliquer les potentiels de modulation à l'électrode de contraction 5. Cela n'est pas aussi satisfaisant que l'application de la modulation à l'écran de cathode 3, vu la production possible d'un halo. Lorsque ce dernier peut être toléré, il est indifférent d'appliquer les potentiels de modulation aux électrodes 3 ou 5.
Le diamètre de la tache mise au point sur l'écran fluorescent ou autre d'un tube à rayon cathodique employant un canon à électrons suivant l'invention, augmente plus lentement lorsque le courant croit, qu'avec les tubes de type existants, tels que les triodes ou hexodes, ce dernier type ayant été décrit dans le brevet anglais 431.327 déposé par la demanderesse et d'autres le 3 octobre 1933.
La figure 2 des dessins montre graphiquement la relation entre l'accroissement du diamètre de la tache (SD) en millimètres et l'accroissement du courant AC2 de la seconde anode en micro-ampères. Ainsi la courbe A montre cette relation dans le cas du tube hexode, et la courbe B la montre dans le cas d'un tube ayant un canon à électrons suivant l'invention. La courbe d'une triode a la même forme générale que la courbe A, mais le diamètre de la tache croit plus vite pour les gammes de courant plus élevées.
L'effet avantageux de l'introduction de l'électrode de contraction suivant la présente invention peut être expliqué de la façon suivante. Si l'électrode accélératrice 4, l'élec-
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trode de contraction 5 et la première anode 7 sont toutes reliées ensemble et maintenues au potentiel de l'anode 7, le canon à électrons fonctionne comme une triode et quand un potentiel convenable est appliqué à la seconde anode 10, une image de la section droite du faisceau électronique au pre- mier point de concentration se trouve mise au point sur l'é- cran fluorescent. Une courbe analogue à A s'appliquera alors à une telle disposition.
Le premier point de convergence qui est mis au point sur l'écran se trouve dans ce cas plus loin de la lentille finale formée entre la première et la seconde anode, que ne l'est le second point de concentration dans un canon à électrons suivant l'invention, et par suite on peut s'attendre à ce qu'il produise sur l'écran une tache plus petite, vu l'agrandissement réduit. Néanmoins, en fait, la tache mise au point présente un diamètre plus grand que ce- lui qui existe lorsque l'électrode de contraction est utili- sée, conformément à la présente invention.
Une variante du système de canon à électron pour la réalisation de l'invention est montrée sur la figure 3. Les dimensions des électrodes sont analogues à celles de la fi- gure 1, c'est à dire que les diamètres des électrodes 3 et 5 et de la première partie de l'anode 7 sont de 13 mm. ou de cet ordre de grandeur. L'anode 7 présente à son extrémité une partie 7a de plus grand diamètre, environ 30 mm. et le diamètre de la seconde anode 10 est d'environ 36 mm.
La cathode 1 est montée de façon que sa surface émet- trice soit à environ 0,3 mm. derrière le diaphragne 2 et la partie du cylindre 3 entre ce diaphragme et l'extrémité du coté de l'électrode accélératrice 4 a 7 mm. de long. L'élec- trode accélératrice 4 est distante de 1 mm. de l'extrémité du cylindre 3, et une distance semblable sépare l'électrode @
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4 et l'extrémité de l'électrode de contraction 5. On voit qu'ici, avec cette variante du mode de réalisation, on supprime la partie tubulaire de l'électrode de contraction qui, sur la figure 1, se trouve au-delà du diaphragme 6 dans la direction de l'écran fluorescent. La distance entre la première anode 7 et le diaphragme 6 est alors réduite et dans le mode de construction modifiée, 1 mm. seulement sépare les diaphragmes 6 et 8.
La partie tubulaire de l'électrode 5 qui se prolonge vers la cathode a 3 mm. de long. La partie tubulaire de l'anode 7 entre le diaphragme 8 et le diaphragme 9 a 5,5 cm. de long, et la partie en le diaphragme 9 et l'extrémité de la partie 7a a 2,5 cm. Les diamètres des ouvertures pratiquées dans les diaphragmes 2, 4, 6, 8 et 9 et l'épaisseur du métal sont comme indiqué à propos de la figure 1.
Pendant le fonctionnement, la cathode 1 est maintenue au potentiel zéro et les potentiels modulateurs sont appliqués au cylindre 3 ou à l'électrode 5 comme indiqué plus haut. Le voltage appliqué à l'accélérateur 4 est 2000 volts, et celui de l'électrode de contraction 5 est, comme dans le cas précédent, zéro ou sensiblement zéro. Le voltage de l'anode 7 peut être entre 300 et 700 volts et celui de la seconde anode entre 3000 et 7000 volts.
On peut voir que la formation des lentilles électroniques et leur effet sur le faisceau d'électrons, est sensiblement celui indiqué sur la figure 1. Le premier point de concentration se trouve entre la cathode 1 et l'accélérateur 4, tandis que le second point de concentration se trouve dans le champ en forme de selle produit par l'électrode 5 ou dans son voisinage, et peut se trouver à une faible distance en dedans de l'anode 7. En règle générale, avec le mode de construction représenté sur les figures 1 et 3, la distance en-
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tre les deux points de concentration doit être entre 3 et 20 fois le diamètre de l'ouverture de l'écran 2.
Si on le veut, des dispositifs de concentration électromagnétiques disposés à l'extérieur du tube, peuvent produire la concentration ou y coopérer.
Cela n'a pas d'importance que l'écran de cathode prélève du courant pendant l'application des potentiels modulateurs, c'est à dire que les oscillations de voltage rendent l'écran légèrement positif par rapport à la cathode, (Sans les cas où le diamètre de l'ouverture percée dans l'écran de la cathode est plus petit que le diamètre de l'aire émettrice de la cathode.
Par le terme écran de cathode on désigne une électrode percée disposée très près de la cathode et telle que si pendant le fonctionnement elle est maintenue au potentiel de la cathode ou à un potentiel voisin, les électrons émanant de la cathode sont amenés à converger.
La fig. 4 montre l'ensemble des électrodes montrées sur la fig. 3 disposées à l'intérieur d'une enveloppe 11 vidée d'air, le faisceau étant concentré sur un écran 12 qui est rendu lumineux par le choc des électrons qui tombent sur lui, l'écran 13 étant de préférence fluorescent. Les diverses électrodes reçoivent de l'énergie depuis les sources de potentiel représentées, les signaux à reproduire sur l'écran étant appliqués sur l'électrode 3 depuis le récepteur de télévision représenté.
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IMPROVEMENTS TO CATHODIC RADIUS TUBES.
The present invention relates to hard cathode ray tubes and relates in these tubes to the system of electrodes called electron gun.
The electron gun of a cathode ray tube generally consists of a cathode, a first concentrating and modulating electrode and a combination of accelerating electrodes which concentrate the electron beam, for example on the fluorescent screen of the tube.
It has been recognized that during operation, the diameter of the spot which is eventually brought into focus on the tube screen varies as the modulation potentials applied to the tube.
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tube vary themselves. This is understood to be harmful, and the present invention relates to an improved cathode ray tube and a method of operating the same for the purpose of reducing the variation in spot diameter which occurs when the modulation potentials vary.
One of the characteristics of the invention consists of a method for operating a hard electron ray tube in the envelope of which there is, in the order indicated, a cathode, a pierced cathode screen, a first accelerator, a retarder or grid. contraction, a second accelerator or first anode, and devices which are not necessarily inside the envelope, to operate the final concentration of an electron beam coming from said cathode on the screen of the tube;
method consisting in accelerating the course of the electrons and in making them converge at a point between the cathode and the first accelerator, in slowing down the electron beam to form a second ppint of concentration near the end of the first anode facing the cathode, in modulating the beam in the region of one of said points of concentration, in accelerating the electron beam and focusing on the screen an image of the second point of concentration, this method being such that the diameter of the spot produced by focusing on the screen is made more constant.
According to another characteristic of the invention, a circuit is provided comprising a cathode ray tube in the casing of which are arranged, in the order indicated, a cathode, a pierced cathode screen, a pierced accelerating electrode, an electrode. slowing down comprising a diaphragm pierced with a hole and a second accelerator or
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first anode, as well as devices, which are not necessarily located inside the envelope, for concentrating the electron beam following a small spot on the screen of the tube and in which the signals to be reproduced on the screen are used either to modulate the beam between the cathode and the first accelerator, or to modulate it at the first slowing electrode,
and in which devices are provided for applying to the first accelerator a high positive potential relative to the cathode, to the retarder a potential which is the same as that of the cathode or slightly positive or negative with respect to it, to the accelerator screen a high positive potential with respect to the cathode, the arrangement of the electrodes and the potentials applied to them being such that during operation the electrons emanating from the cathode are caused to converge between the cathode and the first accelerator and to converge again near the end of the second accelerator or first anode facing the cathode,
the arrangement being furthermore such that the variation in the dimension of the spot on the screen for the highest range of current densities is appreciably less than the variation shown on curve "A" of FIG. 2 of the drawing of which it is discussed later.
Another characteristic of the invention relates to a circuit arrangement comprising a cathode ray tube of the hard type in the casing of which are mounted, in the order indicated, a cathode, a pierced cathode screen, a pierced accelerator electrode, a slowing electrode comprising a diaphragm pierced with a hole and a second accelerator or first anode, as well as devices, which are not necessarily located inside the casing, for
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produce the final focus of the beam which then forms a small spot on the screen of the tube, the first accelerator being placed at a distance from the cathode of between 3 and 5 times the diameter of the opening of the cathode screen ,
wherein the signals to be reproduced on the screen are used to modulate the beam either between the cathode and the first accelerator or at the retarder electrode; in which devices are provided for applying to the first accelerator a positive potential high relative to that of the cathode, to the retarder a potential which is the same as that of the cathode or slightly positive or negative with respect to it, and to the second accelerator a high positive potential relative to that of the cathode, the arrangement of the electrodes and the potentials which are applied to them being such that during operation the variation in the size of the spot on the screen, for the highest range current densities,
or substantially less than the variation represented by curve "A" of FIG. 2 of the drawings.
Another characteristic of the invention relates to a cathode ray tube of the hard type in the casing of which are arranged, in the order indicated, a cathode, a pierced cathode screen, a pierced accelerating electrode, a slowing electrode comprising a diaphragm pierced with a hole, a second accelerator or first anode and devices, which are not necessarily contained in the envelope, to produce a final focusing of the beam on the screen of the tube where it forms a small spot, the shape and dimensions of the various electrodes being such that during operation a relatively high potential compared to that of the cathode is applied to the first accelerator,
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while a potential is applied to the retarder which is the same as that of the cathode or else slightly positive or negative with respect to it ', and to the second accelerator a positive potential high with respect to that of the cathode, and when the cathode ray is modulated between the cathode and the first accelerator, the electrons emanating from the cathode are concentrated at a point between the cathode and the first accelerator and meet again at a point near the end of the second accelerator or first anode making facing the cathode, the arrangements being such that the diameter of the spot focused on the screen of the tube is made more constant when the current in the cathode beam is varied.
Another characteristic of the invention relates to a cathode ray tube of the hard type in the casing of which are mounted in the order indicated, a cathode, a pierced cathode screen, a pierced accelerator electrode, a slowing electrode comprising a diaphragm pierced with a hole and a second accelerator or first anode, as well as devices, which are not necessarily contained in the casing, to finally center the ray which then forms a small spot on the screen of the tube, the first accelerator being arranged at a distance from the tube of between 3 and 5 times the diameter of the opening of the cathode screen, the arrangement and the arrangement of the electrodes being such that during operation a relatively high potential compared to that of the cathode is applied to the first accelerator,
that the retarder is applied a potential which is the same as that of the cathode or else slightly positive or negative with respect to it, that the second accelerator is applied a positive potential high with respect to
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that of the cathode and that, when the cathode ray is modulated between the cathode and the first accelerator, the diameter of the spot in focus on the screen is made more constant by varying the current in the cathode beam.
In order for the nature of the invention to be more clearly understood, we will now describe, by way of example, an electron gun according to the invention, with reference to the appended drawings in which:
Figure 1 shows the elements of the system;
FIG. 2 show the curves which indicate the relationship between the diameter of the spot and the current of the second anode in the case of known tubes and in the case of a tube according to the invention;
FIG. 3 represents an electron gun according to a variant of the invention; and
FIG. 4 shows a cathode ray tube according to the embodiment shown in FIG. 3, the electrodes being connected to suitable potential sources.
According to Figure 1 of the drawings, a cathode 1 is placed behind a diaphragm 2 pierced with a hole in a cylinder 3 which may be called a cathode screen. Near this screen is disposed a flat accelerating electrode 4 pierced with a hole which is followed by a relatively short cylindrical electrode 5 in which a diaphragm 6 pierced with a hole is mounted at a small distance from the accelerating electrode 4. We can consider the electrode 5 as a contraction electrode because, given the potential which is applied to it, it contracts the field in its vicinity and forces the electrons to concentrate in a point.
The assembly forming the electron gun is completed by a first cylindrical anode
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7 having the same diameter as the cathode screen 2 and the contraction electrode 5, and comprising diaphragms 8 and 9 each pierced with a hole, a second anode 10, having a diameter larger than the anode 7 being arranged so as to overlap on this anode.
Assuming that the electrodes 4, 5 and 7 are cylindrical about 12 millimeters in diameter, the operating voltages of the whole barrel can be as follows. While cathode 1 is held at zero potential, the amplified image signals or modulation potentials are preferably applied to cathode screen 3 and can vary from -40 volts to zero. The accelerator electrode 4 is maintained at approximately 1500 volts, but the contraction electrode 5 is maintained at zero or slightly positive potential. If the contraction electrode were at a negative potential, the focused spot would be surrounded by a halo, and this halo is removed by bringing this electrode to zero or slightly positive potential.
If it turns out that a halo can be tolerated, then the electrode 5 can be maintained at a slightly negative potential.
The first anode 7 is maintained at a positive potential of 50 volts or above, and the second anode 10 is maintained at a positive potential greater than that applied to the anode 7, so as to produce a concentration which will result in concentrate the electron beam by forming a small spot on the fluorescent screen or the like of a cathode ray tube having the electron gun. In another way, the concentration can be obtained by means of an electromagnetic coil, in which case the anodes 7 and 10 can be connected together or else the anode 10 can be eliminated. The openings of the electrodes 2, 4, 6 and 8 can.
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have a diameter of 1.8 mm.
The distance between the accelerator electrode 4 and the cathode 1 is critical, it is between three and five times the diameter of the opening of the screen 2, the optimum distance being equal to approximately four times the diameter of this opening. The spacing of the electrodes can be as follows.
Screen 2 is placed in front of the cathode which has a diameter of 6 mm. at a distance of 0.3 mm. while the tubular part 3 has 7 mm. The accelerator 4 is on each side separated from the electrodes 3 and 5 by 1 mm. The electrode 5 to 10 mm. long and diaphragm 6 is 3 mm. from the end of 5 adjacent to the accelerator 4. The anode 7 has 8 cm. long and is 1 mm. of the electrode 5, the diaphragm 9 being 2.5 cm away. from the end of the anode 7 adjacent to the second anode 10. The metal of the various electrodes has a thickness of 0.2 mm.
The electron gun shown operates as follows. The electrons coming from the cathode 1 receive an acceleration from the electrode 4 and are made convergent so as to concentrate at a point near the cathode and in front of the diaphragm pierced with an opening 2.
The cross section of the beam at the point of concentration is small in the case of low density currents, but with high density currents the electronic repulsion caused by the space charge has the effect of greatly increasing the dimension of the cross section at the point. of concentration. The electronic lens formed between the electrode 3, the pierced accelerator electrode 4 and the contraction electrode 5 with its diaphragm 6 pierced with a hole, forms in the vicinity of the opening of the diaphragm 6 an image of the cross section of the beam at its first point of con-
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centration.
Nevertheless, the second point of concentration differs from the first in that its cross section remains small even with high density currents, due to the contracting action of the converging saddle-shaped field that exists in the electrode 5 and the aperture of diaphragm 6. A somewhat enlarged image of the cross section of the beam at the second point of concentration is reproduced on the screen.
Where the potentials of the electrodes are as shown, assuming the small openings of diaphragms 2, 4, 6 and 8 are approximately 1.8mm. and that the opening of the diaphragm 9 is about 7.5 mm., the currents are as follows: the total emission will be of the order of 1 to 1.5 milliamperes, the current of the accelerator electrode 4 will represent 5%, the current of the contraction electrode 5 will be zero and that of the first anode 30 to 40%.
Although a tubular electrode 3 and a diaphragm 6 have been shown to produce a converging saddle-shaped field, between the accelerator electrode and the first anode a different-shaped electrode can be placed as long as the converging field is produced when the accelerator electrode is placed. applies to it a lower potential than that of the accelerating electrode 4 or of the first anode 7.
As indicated above, the modulation potentials are preferably applied to the electrode 3, these potentials having an effective action on the electron beam at an appreciable distance from the contraction field coming from the electrode 5.
Nevertheless, it may be advantageous, in certain cases where modulating potentials are applied to the cathode screen, to apply a variable potential to the contraction electrode, this variable potential having a relation of
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well-defined phase 'compared to other potentials. Such a variable potential would not vary the current of the second anode, and the purpose for which this variable potential would be used would be to increase the contraction of the beam, which would increase the repulsion effect due to the space charge, that is, is to say would increase the current.
If desired, the modulation potentials can be applied to the contraction electrode 5. This is not as satisfactory as the application of the modulation to the cathode screen 3, in view of the possible production of a halo. When the latter can be tolerated, it is irrelevant to apply the modulation potentials to electrodes 3 or 5.
The diameter of the spot focused on the fluorescent screen or the like of a cathode ray tube employing an electron gun according to the invention, increases more slowly when the current increases, than with existing type tubes, such as as triodes or hexodes, the latter type having been described in English patent 431,327 filed by the applicant and others on October 3, 1933.
Figure 2 of the drawings graphically shows the relationship between the increase in spot diameter (SD) in millimeters and the increase in AC2 current of the second anode in micro-amps. Thus curve A shows this relationship in the case of the hexode tube, and curve B shows it in the case of a tube having an electron gun according to the invention. The curve of a triode has the same general shape as curve A, but the diameter of the spot grows faster for higher current ranges.
The advantageous effect of introducing the contraction electrode according to the present invention can be explained as follows. If the accelerator electrode 4, the elec-
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contraction trode 5 and the first anode 7 are all connected together and held at the potential of the anode 7, the electron gun works as a triode and when a suitable potential is applied to the second anode 10, a cross section image of the electron beam at the first point of concentration is focused on the fluorescent screen. A curve similar to A will then apply to such an arrangement.
The first point of convergence which is focused on the screen is in this case located further from the final lens formed between the first and the second anode, than is the second point of concentration in a following electron gun invention, and hence it can be expected to produce a smaller spot on the screen, given the reduced magnification. However, in fact, the focused spot has a larger diameter than that which exists when the contraction electrode is used, in accordance with the present invention.
A variant of the electron gun system for carrying out the invention is shown in figure 3. The dimensions of the electrodes are similar to those of figure 1, that is to say that the diameters of the electrodes 3 and 5 and the first part of the anode 7 are 13 mm. or of this order of magnitude. The anode 7 has at its end a part 7a of larger diameter, approximately 30 mm. and the diameter of the second anode 10 is about 36 mm.
Cathode 1 is mounted so that its emitting surface is about 0.3 mm. behind the diaphragm 2 and the part of the cylinder 3 between this diaphragm and the end of the side of the accelerator electrode 4 to 7 mm. long. The accelerator electrode 4 is 1 mm apart. from the end of cylinder 3, and a similar distance separates the electrode @
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4 and the end of the contraction electrode 5. It can be seen that here, with this variant of the embodiment, the tubular part of the contraction electrode which, in FIG. 1, is beyond of diaphragm 6 in the direction of the fluorescent screen. The distance between the first anode 7 and the diaphragm 6 is then reduced and in the modified construction mode, 1 mm. only separates diaphragms 6 and 8.
The tubular part of the electrode 5 which extends towards the cathode is 3 mm. long. The tubular part of the anode 7 between the diaphragm 8 and the diaphragm 9 has 5.5 cm. long, and the part in the diaphragm 9 and the end of the part 7a has 2.5 cm. The diameters of the openings made in the diaphragms 2, 4, 6, 8 and 9 and the thickness of the metal are as shown in connection with figure 1.
During operation, cathode 1 is kept at zero potential and modulating potentials are applied to cylinder 3 or to electrode 5 as indicated above. The voltage applied to the accelerator 4 is 2000 volts, and that of the contraction electrode 5 is, as in the previous case, zero or substantially zero. The voltage of the anode 7 can be between 300 and 700 volts and that of the second anode between 3000 and 7000 volts.
It can be seen that the formation of the electronic lenses and their effect on the electron beam, is substantially that indicated in figure 1. The first point of concentration is between the cathode 1 and the accelerator 4, while the second point of concentration is in the saddle-shaped field produced by electrode 5 or in its vicinity, and may be a short distance inside the anode 7. As a general rule, with the construction method shown in the Figures 1 and 3, the distance between
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The two concentration points must be between 3 and 20 times the diameter of the opening of the screen 2.
If desired, electromagnetic concentrating devices arranged outside the tube, can produce or cooperate with the concentration.
It does not matter that the cathode screen draws current during the application of the modulating potentials, that is to say that the voltage oscillations make the screen slightly positive with respect to the cathode, (Without the case where the diameter of the opening drilled in the cathode screen is smaller than the diameter of the emitting area of the cathode.
By the term cathode screen is meant a pierced electrode disposed very close to the cathode and such that if during operation it is maintained at the potential of the cathode or at a neighboring potential, the electrons emanating from the cathode are caused to converge.
Fig. 4 shows the set of electrodes shown in FIG. 3 arranged inside an envelope 11 emptied of air, the beam being concentrated on a screen 12 which is made luminous by the impact of the electrons which fall on it, the screen 13 being preferably fluorescent. The various electrodes receive energy from the potential sources shown, the signals to be reproduced on the screen being applied to the electrode 3 from the television receiver shown.