Anordnung mit einer Glühkathode. In elektronenoptischen Einrichtungen wer den oft Glühkathoden benötigt, die eine ver hältnismässig kleine, emittierende Fläche auf weisen. Dies trifft besonders in. Kathoden strahlröhren zu, bei denen die Güte der Fo- kussierung des Kathodenstrahls von der geo- metrischen Form und Grösse der Emissions fläche der Kathode (Kathodenfleck) zum mindesten indirekt abhängig ist.
Meistens ist ein, kleiner, runder Kathodenfleck mit einem Durchmesser von etwa 1 mm oder weniger erwünscht. In speziellen Fällen kommen an Stelle von runden Kathodenflecken auch solche von quadratischer, rechteckiger, ellip tischer oder anderer Form zur Anwendung.
Eine bekannte Methode für die Herstel lung solcher Kathoden besteht darin, den Kathodenfleck als Elektronen emittierende Oxydschicht von der gewünschten Form und Grösse auf -ein elektrisch geheiztes Metall stück zu bringen.
Da bekanntlich Schichten bestimmter Metalloxyde, wie Bariumoxyd, Strontiumoxyd usw., bei viel tieferen Tem peraturen eine kräftigere Elektronenemission aufweisen als Metalle, so kann bei richtiger Wahl der Temperatur erreicht werden, dass bei einer derart aufgebauten Kathode nur der Oxydfleck als Emissionszone wirkt, während die Emission der übrigen Teile der Kathode zu vernachlässigen ist.
Die Anwendung von Oxydkathoden ist jedoch nur in solchen Elektronenröhren prak tisch durchführbar, in denen das Hoch- vakuum dauernd aufrechterhalten wird, z. B. in abgeschmolzenen Röhren. Apparaturen, die betriebsmässig oder auch nur gelegentlich geöffnet werden müssen, wobei Luft zur Kathode Zutritt findet, eignen. sich jedoch nicht für die Anwendung solcher Oxyd kathoden, weil diese durch Luftzutritt che misch verändert werden, was nach jedem Öffnen der Apparatur entweder deren Aus wechslung oder Neuformierung bedingen würde.
In solchen Fällen ist die Verwen dung von Metallkathoden, vorzugsweise Wolframkathoden, am Platz. Soll nun aber bei Metallkathoden die konstruktive Aus bildung derart getroffen werden, dass nur ein kleiner Fleck von vorgeschriebener Form und Grösse als wirksame Emissionsfläche in Be tracht fällt, so stösst man dabei auf fast un überwindliche Hindernisse konstruktiver und technologischer Natur.
Demgegenüber weist die Anordnung nach der vorliegenden Erfindung bedeutende Vor teile auf. Die Glühkathode dieser Anord nung kann als massive Metallkathode mit be liebig kleiner Emissionsfläche beliebig wähl barer Form ausgebildet werden, ohne dass dabei Herstellungsschwierigkeiten oder an dere Nachteile in Kauf zu nehmen sind. Die Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Glühkathode einen länglichen, an einem Ende befestigten Körper aus Metall,
dessen freies Ende eine Fläche von der Form und Grösse des vorgeschriebenen Kathodenflecks aufweist, eine Abschirmung mit einer Öff nung, durch die das emittierende Ende des Körpers mit Spiel hindurchragt, eine um den Körper angeordnete Hilfskathode und eine Abschirmung mit einer Öffnung besitzt, durch die das gehaltene Ende des Körpers mit Spiel hindurchragt, wobei die Heizung des Körpers durch Wärmestrahlung und Elektronenbombardement von der Hilfs kathode aus erfolgt.
Zu diesem Zwecke muss notwendigerweise zwischen Metallkörper und Hilfskathode mindestens zeitweise eine elek trische Spannung angelegt werden.
Zum besseren Verständnis des Gesagten sind Ausführungsbeispiele der Erfindung in den Fig. 1 bis 6 näher zur Darstellung ge bracht, wobei in den Fig. 1-4 und 6 nur die Glühkathode der Anordnung dargestellt ist.
Dabei zeigt: Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Ka thode, Fig. 2 und<B>3</B> von unten aufgenommene Ansichten der Kathode nach Fig. 1, wobei in Fig. 2 der Kathodenfleck rund und in Fig. 3 r ee 'htee kig ausgebildet ist.
In Fig. 4 ist eine gegenüber der Kathode nach Fig. 1 etwas vereinfachte Ausbildung abgebildet. Für den Betrieb dieser Kathode kann mit Vorteil eine stossweise Heizung des Metallkörpers angewendet werden, die z. B. mit einer Schaltung nach Fig. 5 realisiert wird.
Endlich veran schaulicht Fig. 6 eine Kathode, bei der die Heizung des länglichen Metallkörpers mit Hilfe eines besonderen, zwischen Hilfskathode und Me tallkörper eingebauten Gitters gesteuert wird.
In der Fig. 1 ist mit 1 der längliche, vor zugsweise als prismatischer Stab ausgebildete Metallkörper bezeichnet, der vorzugsweise aus einem Material für eine Betriebstempe ratur von mindestens 1500 K besteht und der am untern Ende eine kleine, als Ka thodenfleck dienende Fläche 2 besitzt. Der Körper ist am obern Ende mit Hilfe des dünnen Drahtes 3 an einem festen Teil der elektronenoptischen Apparatur befestigt.
Das untere Ende des Metallkörpers ragt mit venig Spiel durch eine Öffnung der Abschirmung 4 hindurch. Aus elektronenoptischen Grün-,9 den ist es vielfach vorteilhaft, die Fläche 2 des. Kathodenflecks mindestens angenähert in die untere Begrenzungsebene der Abschir mung 4 zu legen, wie das in der Fig. 1 der Fall ist. Die Heizung des Metallkörpers 1 ; erfolgt mit einer in der Figur beispielsweise als Spirale um den Körper angeordneten Hilfskathode 5.
Zwischen der Hilfskathode, die in bekannter Weise durch Beschickung mit elektrischem Strom geheizt ist, und dem c Metallkörper wird eine Spannung angelegt, so dass die von der Hilfskathode emittierten Elektronen mit grosser Geschwindigkeit auf den Metallkörper fallen und ihn durch Elek tronenbombardement aufheizen. Eine weitere Wärmezufuhr erhält der Metallkörper von der Hilfskathode durch die Wärmestrahlung. Es hat .sich gezeigt, dass sich der Körper 1, der vorteilhaft als massives Metallstück aus gebildet ist, nach der soeben beschriebenen Methode ohne Schwierigkeiten auf hohe Temperaturen aufheizen lässt, so dass der Ka thodenfleck 2 nach Anlegen der Anodenspan nung in der elektronenoptischen Apparatur eine kräftige Emission aufweist.
Bei dieser Heizungsart ist ,es jedoch notwendig, die Be festigung des Metallkörpers 1 derart auszu bilden, dass möglichst wenig Wärme durch Wärmeleitung verlorengeht. Im Falle der Kathodenausbildung nach Fig. 1 ist dieser Forderung in der Weise Rechnung getragen, dass der Befestigungsdraht 3 sehr dünn ge wählt ist. Dadurch kann erreicht werden, dass die vom Befestigungsdraht durch Wärme leitung dem länglichen Körper entzogene Wärmemenge vernachlässigbar klein gegen über der vom Körper durch Strahlung abge gebenen Wärmemenge ist.
Der Befestigungs- draht wird dabei notwendigerweise vom Körper 1 längs einer bestimmten Strecke: auf hohe Temperatur gebracht, so dass die Ge fahr besteht, dass er infolge Erweichung bezw. Verlust der mechanischen Festigkeit den Körper 1 nicht mehr genau an der vor geschriebenen Stelle zu halten vermag. Um dieser Schwierigkeit vorzubeugen, wählt man als Baustoff für den Befestigungsdraht mit Vorteil einen Einkristalldraht, z.
B. ein Wolframeinkristalldrahtstück, weil bekannt lich Metalleinkristalle bis zu viel höheren Temperaturen eine gute mechanische Festig keit beibehalten als gewöhnliche, aus vielen kleinen Kristallen zusammengesetzte Metall stücke.
Schliesslich sind noch die übrigen Teile der Kathode näher zu erläutern. Die Hilfs kathode 5 ist mit einem Schirm 6 nach aussen vollständig abgeschirmt. Durch den Schirm hindurchragt lediglich oben und unten der längliche Metallkörper 1 und die Strom zuführung 7 zu einem Ende der Hilfs- kathodenspirale. Das andere Ende dieser Spirale ist beispielsweise mit dem Schirm 6 verbunden, so dass der notwendige zweite Stromansehluss 8 am Schirm 6 angeschlossen werden kann.
Der Schirm 6 dient hauptsäch lich dazu, das Elektronenbombardement auf das Metallstück 1 zu beschränken und vom Befestigungsdraht 3 fern zu halten, weil ein Elektronenbombardement dieses Drahtes dessen Temperatur unzuläsisig eirhöhen würde. Infolge der Verbindung der Hilfskathode 5 mit der Abschirmung 6 stehen beide Teile notwendigerweise auf dem gleichen Poten tial. Selbstverständlich braucht diese Ver bindung, die aus rein konstruktiven Gründen gewählt worden ist, nicht in jedem Fall zu bestehen. Es ist ohne weiteres möglich, die beiden Enden der Hilfskathode 5 isoliert aus der Abschirmung herauszuführen, womit die Möglichkeit besteht, der Abschirmung 6 ein anderes, vorzugsweise ein kleineres Potential als der Hilfskathode zu erteilen.
In den Fig. 2 und 3 ist gezeigt, wie die Kathode nach Fig. 1 von unten aussieht, und zwar entweder mit einem runden Querschnitt des Körpers 1, mit dem Kathodenfleck 2 (Fig. 2) oder einer rechteckigen Form (Fig. 3). Mit 4 ist in diesen Figuren in Übereinstimmung mit der Fig. 1 die untere Abschirmung bezeichnet.
In der Fig. 4 sind ebenfalls, alle mit der Fig. 1 übereinstimmenden Teile mit den gleichen Zahlen versehen. Die Ausführungs- form der Kathode nach Fig. 4 unterscheidet sich von der bereits beschriebenen lediglich durch eine Verbesserung der Befestigung des Metallkörpers 1 und einer einfacheren Aus bildung des Schirmes.
Die Befestigung 3 des länglichen Metallkörpers ist durch min destens drei dünne, gespannte feine Drähte 9 verstärkt, und an Stelle der Abschirmung 6 tritt ein einfaches flaches Schirmblech 10.
Die Kathode nach Fig. 4 ist in konstruk tiver Hinsicht vereinfacht. Da es jedoch aus elektronenoptischen Gründen in den. meisten Fällen notwendig sein wird, den Körper 1 und den Schirm 4 mindestens angenähert auf das gleiche Potential zu bringen, so wür den die von der Hilfskathode emittierten Elektronen nach dem Anlegen der Spannung zwischen Hilfskathode und Körper teilweise auch auf den Schirm 4 fallen und ihn auf heizen.
Diese Schwierigkeit fällt jedoch dahin, wenn eine stossweise Heizung des Metallkör pers erfolgen kann, was z. B. in der Fern sehtechnik der Fall ist. In Fig. 5 ist eine einfache Schaltung aufgezeichnet, mit der die soeben erwähnte Stossheizung einer Ka thode nach Fig. 4 ermöglicht wird. In dieser Schaltung sind die mit der Fig. 4 überein stimmenden Teile, wie bisher, mit den glei chen Zahlen bezeichnet.
Ausserdem stellt 11 ein Verstärkerröhre (mit dem Steuergitter anschluss 12), 13 eine Anodenbatterie oder eine andere Stromquelle und 14 einen Wider stand dar. Der Metallkörper 1 mit den Schirmen 4 und 10 und die Hilfskathode 5 mit den Zuleitungen 7 und 8 sind, wie in der Figur mit 15 angedeutet ist, in das eva kuierte Gehäuse einer elektronenoptischen Apparatur eingebaut.
Die Schaltung, die hauptsächlich für Fernsehzwecke in Frage kommt, arbeitet in der folgenden Weise: Auf das Steuergitter 12 der Verstärkerröhre 11 werden periodisch kurzdauernde, positive, zeitlich voneinander getrennte Spannungs impulse gegeben, so dass die Verstärkerröhre während der Dauer dieser Impulse Strom führt. Dadurch wird nun die Spirale der Hilfskathode 5 mit kurzzeitigen Strom- impulsen beschickt, die bei entsprechender Intensität die Hilfskathode auf die ge- wünschte Temperatur aufheizen.
Bei jedem Stromimpuls wird gleiehzeitig infolge der am Widerstand 14 auftretenden Spannung der Metallkörper 1 auf ein gegenüber der Hilfskathode positives Potential gehoben und dabei dem Elektronenbombardement ausge setzt. Zwischen den Imp,ilsen ist die Verstär- kerröhre gesperrt und stromlos. wobei sich der Metallkörper 1, die Abschirmungen 4 und 10 und. die Hilfskathode 5 auf dem glei chen Potential befinden. In diesem Zeitinter vall übt die Glühkathode ihre normale Funk tion aus. Selbstverständlich kühlt sich die ganze Anordnung dabei ab.
Wenn jedoch die Heizstromimpulse genügend rasch aufeinan derfolgen, so ist die zwischen jedem Heiz stromimpuls auf cretende Abkühlung unbe- deutend.
In der Fernsehtechnik wird man die Ileiz- stramimpulse zweckmässigerweise in die Syn- chronisierlücken des Fernsehsignale ver legen.
Die Ausführungsform der Kathode nach Fig. 6 ist genau gleich aufgebaut wie die nach Fig. 1. Sie weist jedoch zusätzlich zwi schen der Hilfskathode 5 und dem Metall körper 1 ein Steuergitter 16 mit der Zulei tung 17 auf. Mit Hilfe dieses. Steuergitters kann das Elektronenbombardement und da mit die Temperatur des Metallkörpers l in be kannter Weise durch Anlegen einer bestimm ten Spannung an das Steuergitter auf ein fache Weise geregelt werden.
Es ist selbstverständlich, dass die Glüh- kathode auch in abgeschmolzenen elektronen optischen Apparaten verwendet werden kann. Es ist in diesem Falle auch ohne weiteres möglich, den Kathodenfleck 2 mit einer Ogydschicht zu bedecken, womit erreicht wird, dass die Temperatur des Metallkörpers 1 nicht so hoch getrieben werden muss.