Verfahren zum Betriebe einer Elektronenstrahlröhre. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betriebe von elektrischen Entladungs röhren, in denen die aus der Kathode aus tretenden Elektronen zu einem Bündel ver einigt werden, das durch ein Gebiet hin durchgeführt wird, in dem ihm eine seitliche Ablenkung erteilt wird. Dazu gehören die sogenannten Braunsehen Röhren, aber auch Entladungsröhren zur Verstärkung, Erre gung usw. von elektrischen Schwingungen.
Je grösser in Röhren dieser Gattung die Stärke des Elektronenstromes ist, und je länger die Elektronen in dem Gebiete, in welchem sie von den Ablenkmitteln beein flusst werden, verweilen, desto grösser ist die Ablenkung, desto grösser ist aber auch die Streuung des Bündels infolge der gegen seitigen Abstossung der Elektronen. Diese Streuung kann dadurch vermindert werden, dass man die Kathodenstrahlen an der Stelle, an der sie in das Gebiet, in dem die Ab lenkung des Bündels bewirkt werden soll und das im folgenden mit Ablenkgebiet be zeichnet wird, eintreten, konvergieren lässt.
Der Punkt des Zentralstrahls, auf den die Strahlen bei ihrem Eintritt in das Ablenk- gebiet gerichtet sind, wird Richtpunkt und sein Abstand von der Vorderseite des Ab lenkgebietes Richtpunktabstand genannt. Je höher die Stromstärke und je geringer die Elektronengeschwindigkeit ist, umso mehr weichen die Kathodenstrahlen von der Gera den durch den Richtpunkt ab. Der Punkt des Zentralstrahls, in dem das.
Kathodenstrahlen bündel seinen kleinsten Durchmesser hat, wird als der Mittelpunkt des Bündels und sein Abstand von der Vorderseite des Ab lenkgebietes als Mittelpunktabstand be zeichnet. Bei sehr kleiner Stromstärke nähert sich der Mittelpunkt des Bündels dem Richtpunkt. Die :Stelle, an der das Elek tronenbündel schliesslich einen Leuchtschirm bezw. eine oder mehrere Auftreffelektroden trifft, sei mit dem Namen Auftreffstelle an gedeutet.
Gemäss der Erfindung wird der Nach teil der Streuung dadurch auf ein Mindest mass herabgesetzt, dass die Stromstärke und die Elektronengeschwindigkeit so gewählt werden, dass bei einem. Richtpunktabstand von mindestens einem Viertel der Länge des Ablenkgebietes der Mittelpunkt des Bündels in der Elektronenstromrichtung hinter dem Richtpunkt liegt, und zwar soll er min destens in der Längsmitte des Ablenkgebie- tes und höchstens in der Auftreffstelle des Bündels liegen.
Durch entsprechende Wahl der Strom stärke und der Elektronengeschwindigkeit lässt sich das Verhältnis zwischen dem Mit telpunktsabstand und dem Richtpunktab- stand möglichst gross machen und dadurch die Verbreiterung des Bündels zufolge der Streuung beschränken.
Auch ist es vorteilhaft, besonders wenn Zentrierungsmittel angewandt werden kön nen, das Bündel derart zu gestalten, dass es mindestens ungefähr symmetrisch mit Be zug auf eine durch .die Mitte des Ablenk- gebietes senkrecht zum Zentralstrahl ge dachte Ebene ist.
Die Fig. 1 bis 4 der Zeichnung erläutern schematisch Ausführungsbeispiele des erfin dungsgemässen Verfahrens.
Deutlichkeitshalber ist in sämtlichen Figuren die Breite des Strahlenbündels über trieben gross gezeichnet. Es erübrigt sich, in diesem Zusammenhang auf die Mittel zur Er zeugung, Bündelung oder Zentrierung der Kathodenstrahlen einzugehen, da sich das Verfahren nach der Erfindung mit den bis her bekannten Mitteln ohne weiteres aus führen lässt.
In Fig. 1 ist ganz schematisch mit 1 eine Kathode, zum Beispiel eine Glühkathode, angegeben, die Elektronen emittiert, welche durch die Sammelvorrichtung 2 zu einem Bündel vereinigt und in dem elektrischen Felde zwischen der Kathode und der durch lochten Anode 3 beschleunigt werden.
Das Bündel tritt durch die Anode 3 hindurch in das zwischen den Platten 4 und 5 liegende Ablenkgebiet hinein, wo .es einer Beeinflus sung durch ein zwischen diesen Platten in folge eines Potentialunterschiedes herrschen des, elektrisches Querfeld unterliegt. Falls der Potentialunterschied der Platten 4 und 5 gleich Null ist, wird das Bündel als Ganzes nicht abgelenkt, liegt also der Zentralstrahl in der Röhrenachse 6. Für diesen Fall ist die Fig. 1 gezeichnet.
Bevor die Elektronen in das Ablenk- gebiet hineintreten, werden sie unter dem Einfluss des elektrischen Richtfeldes zwi schen: der Anode 3 und dem Rande der Plat ten 4 und 5 oder einer besonderen Elektrode zusammengedrängt, und zwar dermassen, dass sie bei ihrem Eintritt in das Ablenkgebiet eine Richtung durch den Punkt P der Röh- renaehse 6 haben, der als der Richtpunkt bezeichnet wird.
Sein Abstand QP von der Vorderseite des Ablenkgebietes ist der Richt- punktabstand.
Der Raumladungseffekt (gegenseitige Abstossung der Elektronen) bewirkt, dass die Strahlen von der Geraden durch den Richt- p un 'kt P aba-ebogen C werden. Der Punkt B der Röhrenare, in dem das Kathodenstrah lenbündel seine grösste Einschnürung hat, wird der Mittelpunkt des Bündels genannt.
Entsprechend der Erfindung hat er einen grösseren Abstand von dem Punkt Q als der Richtpunkt P, und zwar liegt er hinter dem Ablenkgebiet oder mindestens in der Mitte desselben.
Zweckmässig wird die Stromstärke so gross und die Elektronengeschwindigkeit so klein gewählt, dass das Verhältnis zwischen dem Mittelpunktabstand QR und dem Richt- punktabstand QP möglichst gross ist. Dieser Vorschrift entspricht die Fig. 1. Das ge nannte Verhältnis ist ungefähr gleich 2.
Die Elektronen erreichen dabei noch gerade die Age 6 und weichen danach wieder von die ser ab. Bei; noch grösser werdender Strom stärke bezw. kleiner werdender Elektronen- geschwindigkeit biegen sich die Kathoden strahlen von dem Zentralstrahl zurück, be vor sie diesen erreicht haben und wird der Mittelpunktabstand wieder kleiner.
Der Mittelpunkt R des Bündels liegt in Fig. 1 in der Mitte des Ablenkgebietes. Die Kurven 7 und 8, welche die äussersten Be- grenzungslinien des Kathodenstrahlenbün dels darstellen, sind symmetrisch mit Bezug auf die durch die Mitte des Ablenkgebietes senkrecht zum Zentralstrahl gedachte Ebene 9. Die Bündelbreite ist beim Verlassen des Ablenkgebietes _ gerade so gross, wie beim Eintritt in dasselbe.
Dass die Figur nicht genau mit den in der Wirklichkeit auf tretenden Verhältnissen übereinstimmt, ist auf nebensächliche Umstände, zum Beispiel auf das Durchgreifen der elektrischen Richt- und Beschleunigungsfelder in das Ablenk- gebiet zurückzuführen.
Durch die Wirkung eines elektrischen Feldes zwischen der Auffangelektrode 10 und dem Rande der Platten 4 und 5 oder einer besonderen Elektrode werden die Ka thodenstrahlen in an sich bekannter Weise auf die Platte 10 zusammengedrängt. Die Platten 4 und 5 können der Oberfläche des Bündels angeformt werden, so dass ihr Ab stand kleiner und dadurch die Stärke des Querfeldes grösser gemacht werden kann.
Die Empfindlichkeit der Röhre wird dadurch grösser, aber es ist darauf zu achten, dass der Abstand der Platten überall so gross bleiben muss, dass das Bündel, wenn es -durch ein elektrisches Feld zwischen den Platten ab gelenkt wird, sich frei bewegen kann, ohne dass die Kathodenstrahlen die Platten tref fen. Die gestrichelten Linien 11 und 12 geben eine Möglichkeit in dieser Richtung an.
In dem in Fig. 2 dargestellten Beispiel ist das Bündel wie im Beispiel der Fig. 1 mit Bezug auf die Mittelebene symmetrisch gehalten, so dass auch hier die Breite des Bündels beim Verlassen des Ablenkgebietes etwa ebenso gross wie beim Eintritt in das selbe ist. Die Stromstärke ist aber kleiner bezw. die Elektronengeschwindigkeit grösser und dementsprechend der Richtpünktabstand grösser als im ersten Beispiel, so dass die Empfindlichkeit geringer ist.
Im Beispiel nach Fig. 3 ist zwar bei gleichem Richtpunktabstand, wie in Fig. 2, die Empfindlichkeit noch geringer, aber es wird durch ein möglichst grosses Verhältnis zwischen Mittelpunktabstand und Richt- punktabstand erreicht, dass das Bündel mög lichst schmal wird.
Fig. 4 bezieht sich auf ein Beispiel, bei dem unter Beibehaltung des möglichst gro ssen Verhältnisses vom Mittelpunktabstand zum Richtpunktabstand der Mittelpunkt in die Auftreffstelle verlegt wird, so dass es sich erübrigt, die Kathodenstrahlen nach dem Verlassen des Ablenkgebietes zu kon zentrieren. Diesem Vorteil steht aber eine geringere Empfindlichkeit als in den oben berück siehtigten Fällen gegenüber.
Wenn man den Mittelpunkt noch weiter nach hinten verlegt, wie zum Beispiel in Fig. 5 dargestellt, so verschlechtern sich die Eigenschaften der Röhre, weil dann nicht nur die Empfindlichkeit geringer wird, son dern ausserdem, trotz der geringeren Streu ung, die Bündelbreite wieder grösser wird. Dieser Fall stellt kein Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung dar.
Method for operating a cathode ray tube. The invention relates to a method for operating electrical discharge tubes in which the electrons emerging from the cathode are united in a bundle that is carried out through an area in which it is given a lateral deflection. These include the so-called Braunsehen tubes, but also discharge tubes for amplification, excitation, etc. of electrical vibrations.
The greater the strength of the electron flow in tubes of this type, and the longer the electrons stay in the area in which they are influenced by the deflecting means, the greater the deflection, but the greater the scattering of the bundle due to the against mutual repulsion of the electrons. This scattering can be reduced by allowing the cathode rays to converge at the point where they enter the area in which the deflection of the beam is to be effected and which is referred to below as the deflection area.
The point of the central ray to which the rays are directed when they enter the deflection area is called the directional point and its distance from the front of the deflection area is called the directional point distance. The higher the current strength and the lower the electron speed, the more the cathode rays deviate from the straight line through the point of reference. The point of the central ray where the.
The cathode ray bundle has its smallest diameter is referred to as the center point of the bundle and its distance from the front of the deflection area as the center distance be. If the current is very small, the center of the bundle approaches the directional point. The: place where the electron bundle finally a fluorescent screen resp. hits one or more impact electrodes, is indicated by the name of the point of impact.
According to the invention, the disadvantage of the scattering is reduced to a minimum by the fact that the current strength and the electron speed are chosen so that in a. Point of reference distance of at least a quarter of the length of the deflection area, the center of the bundle in the electron flow direction lies behind the point of reference, namely it should be at least in the longitudinal center of the deflection area and at most in the point of impact of the bundle.
By appropriate selection of the current strength and the electron speed, the ratio between the center point distance and the reference point distance can be made as large as possible and thereby limit the broadening of the bundle due to the scattering.
It is also advantageous, especially if centering means can be used, to design the bundle in such a way that it is at least approximately symmetrical with respect to a plane that is thought through the center of the deflection area and perpendicular to the central ray.
FIGS. 1 to 4 of the drawing schematically explain exemplary embodiments of the method according to the invention.
For the sake of clarity, the width of the beam is drawn exaggerated in all figures. There is no need to go into the means for generating, bundling or centering the cathode rays in this context, since the method according to the invention can easily be carried out with the means known up to now.
In Fig. 1, a cathode, for example a hot cathode, is indicated very schematically, which emits electrons which are combined into a bundle by the collecting device 2 and accelerated in the electrical field between the cathode and the perforated anode 3.
The bundle passes through the anode 3 into the deflection area lying between the plates 4 and 5, where it is influenced by an electrical transverse field that prevails between these plates as a result of a potential difference. If the potential difference between the plates 4 and 5 is equal to zero, the bundle as a whole is not deflected, so the central ray lies in the tube axis 6. FIG. 1 is drawn for this case.
Before the electrons enter the deflection area, they are pressed together under the influence of the directional electric field between: the anode 3 and the edge of the plates 4 and 5 or a special electrode, in such a way that when they enter the Deflection area have a direction through the point P of the tube neck 6, which is referred to as the directional point.
Its distance QP from the front of the deflection area is the directional point distance.
The space charge effect (mutual repulsion of electrons) causes the rays to move away from the straight line through the direction p un 'kt P aba-e curve C. The point B of the tubular arrows, in which the cathode ray bundle has its largest constriction, is called the center of the bundle.
According to the invention, it is at a greater distance from the point Q than the directional point P, namely it lies behind the deflection area or at least in the middle thereof.
The current strength is expediently selected so large and the electron speed so small that the ratio between the center distance QR and the reference point distance QP is as large as possible. This rule corresponds to FIG. 1. The ratio mentioned is approximately equal to 2.
The electrons just reach Age 6 and then deviate from this again. At; even greater current strength respectively. As the electron speed decreases, the cathode rays bend back from the central ray before they have reached it, and the distance between the centers decreases again.
The center R of the beam is in Fig. 1 in the middle of the deflection area. The curves 7 and 8, which represent the outermost boundary lines of the cathode ray bundle, are symmetrical with respect to the plane 9, which is perpendicular to the central ray through the center of the deflection area. The beam width is just as large when leaving the deflection area as when entering in the same.
The fact that the figure does not exactly correspond to the conditions occurring in reality is due to secondary circumstances, for example the penetration of the electrical directional and acceleration fields into the deflection area.
By the action of an electric field between the collecting electrode 10 and the edge of the plates 4 and 5 or a special electrode, the cathode rays are forced onto the plate 10 in a manner known per se. The plates 4 and 5 can be molded to the surface of the bundle so that their stand was smaller and thereby the strength of the transverse field can be made larger.
This increases the sensitivity of the tube, but it must be ensured that the distance between the plates must remain so large that the bundle, if it is deflected by an electric field between the plates, can move freely without that the cathode rays hit the plates. The dashed lines 11 and 12 indicate a possibility in this direction.
In the example shown in FIG. 2, the bundle is kept symmetrical with respect to the center plane, as in the example in FIG. 1, so that here too the width of the bundle when leaving the deflection area is approximately the same as when entering it. The current strength is smaller respectively. the electron speed is greater and, accordingly, the distance between the target points greater than in the first example, so that the sensitivity is lower.
In the example according to FIG. 3, the sensitivity is even lower with the same directional point spacing as in FIG. 2, but the greatest possible ratio between center point spacing and directional point spacing ensures that the bundle is as narrow as possible.
4 relates to an example in which, while maintaining the highest possible ratio of the center point distance to the directional point distance, the center point is relocated to the point of impact so that it is not necessary to concentrate the cathode rays after leaving the deflection area. However, this advantage is offset by a lower sensitivity than in the cases considered above.
If the center point is moved further back, as shown for example in FIG. 5, the properties of the tube deteriorate, because then not only the sensitivity is lower, but also the bundle width becomes larger again despite the lower scattering becomes. This case does not represent an exemplary embodiment of the present invention.