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Strahlerzeugungssystem für eine kathodenmodulierte Kathodenstrahlröhre
Die Erfindung betrifft ein Strahlerzeugungssystem für eine kathodenmodulierte Kathodenstrahlröhre
mit einer Kathode, mit zwei Steuerelektroden und mit einer Anode, wobei die Öffnung
in der zweiten Steuerelektrode kleiner als die Öffnung in der ersten Steuerelektrode
ist.
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Es ist bekannt, die Steilheit einer kathodenmodulierten Kathodenstrahlröhre
dadurch zu erhöhen, daß die Abstände der Elektroden und die Öffnungen in den Steuerelektroden
inbestimmter Weise bemessen werden.
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Es hat sich nun herausgestellt, daß die Steilheit einer kathodenmodulierten
Kathodenstrahlröhre dadurch weiter erhöht werden kann, daß der Durchgriffsfaktor
der ersten Steuerelektrode in bezug auf die Kathode vergrößert wird. Da der Durchgriffsfaktor
umgekehrt proportional dem Abstand zwischen Kathode und erster Steuerelektrode ist,
kann durch Verringerung des Abstandes zwischen Kathode und erster Steuerelektrode
der Durchgriffsfaktor der ersten Steuerelektrode erhöht und damit die Steilheit
der Röhre vergrößert werden. Unter Abstand ist hierbei die Strecke zwischen der
Oberfläche der Kathode und der der Kathode abgewandten Begrenzung der Öffnung der
ersten Steuerelektrode zu verstehen.
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Der Verringerung des Abstandes zwischen der Kathode und der ersten
Steuerelektrode sind jedoch Grenzen gesetzt, da sich die Kathode und die Steuerelektrode
auf verschiedenem Potential befinden und kein Überschlag zwischen diesen stattfinden
darf. Der Abstand zwischen Kathode und erster Steuerelektrode könnte auch dadurch
verringert werden, daß die Steuerelektrode möglichst dünn ausgebildet wird. Dadurch
würden jedoch die mechanischen Eigenschaften der Steuerelektrode beeinträchtigt.
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Ein möglichst großer Durchgrifisfaktor zwischen der ersten Steuerelektrode
und der Kathode des Strahlerzeugungssystems einer kathodenmodulierten Kathodenstrahlröhre
wird erreicht, wenn gemäß der Erfindung die Öffnung in der ersten Steuerelektrode
im wesentlichen kegelstumpfförmig ausgebildet ist, wobei der Öffnungswinkel des
Kegelstumpfes der Kathode abgewandt ist. Hierdurch wird erreicht, daß trotz Aufrechterhaltung
des notwendigen Abstandes zwischen den sich gegenüberliegenden Flächen der Kathode
und der ersten Steuerelektrode der Abstand zwischen der Kathode und der Kathode
abgewandten Begrenzung der Öffnung in der ersten Steuerelektrode möglichst klein
gehalten wird, wobei die Steuerelektrode mit der notwendigen Wandstärke ausgeführt
werden kann und lediglich im Bereich der Of nung geschwächt ist, was jedoch die
mechanischen Eigenschaften der Steuerelektrode nicht beeinträchtigt. Beispielhafte
Ausführungsformen der beschriebenen Einrichtung sind in der Zeichnung dargestellt.
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In dieser bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente. Es zeigt
Fig. 1 eine teilweise weggebrochen und als Schnitt dargestellte Ansicht einer Kathodenstrahlröhre
mit einem Strahlerzeugungssystem, das gemäß einer Ausführungsform der Erfindung
aufgebaut ist, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 der Fig. 1, Fig.3 eine in
vergrößertem Maßstab gezeichnete Einzelansicht eines Teiles des Strahlerzeugungssystems
gemäß der strichpunktierten Umrißlinie in Fig. 1, Fig.4 eine graphische Darstellung
bestimmter Arbeitskennlinien des Strahlerzeugungssystems der Fig. 1, Fig. 5 eine
teilweise als Schnitt dargestellte Ansicht des Halsteiles einer Kathodenstrahlröhre
zur Veranschaulichung einer anderen Ausführungsform der Erfindung, Fig.6 eine in
vergrößertem Maßstab dargestellte Ansicht eines Teiles des Strahlerzeugungssystems
nach Fig. 5 gemäß der darin enthaltenen strichpunktierten Umrißlinie, Fig.7 eine
in vergrößertem Maßstab gezeichnete Einzelansicht einer Elektrodenkonstruktion gemäß
einem anderen Merkmal der Erfindung,
Fig. 8 eine in vergrößertem
Maßstab gezeichnete, der Fig. 7 ähnliche Ansicht einer Elektrodenkonstruktion gemäß
einem zusätzlichen Erfindungsmerkmal und Fig.9 eine in vergrößertem Maßstab gezeichnete
Einzelansicht einer Elektrodenkonstruktion, die gemäß einem anderen Erfindungsmerkmal
ausgebildet ist.
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Die Kathodenstrahlbildröhre 10 gemäß Fig. 1 besitzt einen Kolben 11
mit einem Halsteil 12 von verhältnismäßig kleinem Durchmesser, an den sich ein erweiterter
konischer Abschnitt 13 anschließt. Ein wesentlicher Teil des konischen Abschnitts
13 ist weggeschnitten worden, um eine vergrößerte Darstellung des Strahlerzeugungssystems
14 zu ermöglichen, das in dem Halsabschnitt 12 des Kolbens gelagert ist. Der konische
Abschnitt 13 des Kolbens wird von einer Vorderplatte 15 abgeschlossen, von der nur
ein Teil dargestellt ist. Die Innenfläche der Vorderplatte 15
ist mit einem
üblichen Leuchtstoffüberzug 16 versehen, auf dem vorzugsweise ein dünner Film 17
aus Aluminium oder einem anderen Metall aufgebracht ist. Der Aluminiumüberzug 17
erstreckt sich entlang der Innenwand des konischen Kolbenabschnitts und teilweise
in den Halsabschnitt 12 hinein. Falls dies bevorzugt wird, kann der Film aus Aluminium
oder einem anderen Metall auf der Innenfläche des Schirmes 16 weggelassen und ein
Überzug aus kolloidalem Graphit oder einem anderen leitenden Material auf den Innenwänden
des konischen Abschnitts 13 aufgebracht werden.
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Das Strahlerzeugungssystem 14 umfaßt eine Reihe Elektroden,
die zueinander ausgerichtet in üblicher Weise mittels eines Paares Isoliertragstäbe
18 und 19 gehalten werden, die sich in Längsrichtung des Halsabschnitts 12
erstrecken. Gemäß üblicher Praxis sind diese Elektroden vorzugsweise mit der Längsachse
A der Röhre 10 ausgerichtet. Wenn man von dem Ende 20 der Bildröhre ausgeht, besitzen
die Elektroden des Strahlerzeugungssystems eine Kathode 21, eine erste Steuerelektrode
22 in planarer Bauart, eine zweite Steuerelektrode oder erste Anode 23 in planarer
Bauart und eine zweite Anode 24. Die zweite Anode 24
ist mit der Endanode
25 des Strahlerzeugungssystems elektrisch verbunden, und eine Bündelungselektrode
26 befindet sich in umschließender Lagebeziehung zu den benachbarten Enden der Anoden
24 und 25. Die Anode 25 endigt in einer Reihe elastischer Federkontaktfinger
27, die sich in den mit der leitenden Schicht 17 überzogenen Teil des Halsabschnittes
12 erstrecken und an der leitenden Schicht anliegen, um eine elektrische Verbindung
zwischen dem Überzug 17 und der Anode 25 herzustellen. Außerdem kann die Anode 25
eine weitere Reihe elastischer Zentrierfedern 28 aufweisen, die an der Innenwand
des Halsabschnittes 12 anliegen, um das Strahlerzeugungssystem in ausgerichteter
Lage innerhalb des Röhrenhalses zu halten, wie in Fig. 2 gezeigt ist.
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Die Elektroden 22, 23, 24, 25 und 26 sind an Tragstäben 19 und 18
in üblicher Weise mit einer Anzahl einzelner Montage- oder Tragelemente 29 befestigt.
Der Kathodenzylinder 21 wird innerhalb der Steuerelektrode 22 mittels einer Isolierhülse
30 gehalten, und ein Heizdraht 31 ist innerhalb der Kathode angeordnet. Einzelne
elektrische Zuleitungen 31, 32, 33 und 36 sind für die Elektroden 21, 22, 23 bzw.
26 vorgesehen und an entsprechende, aus dem Fuß 20 austretende Stifte (nicht dargestellt)
angeschlossen. Die Kathodenstrahlröhre 10 ist auch mit einem geeigneten Hochspannungsanschluß
(nicht gezeigt) zur Anlegung einer Hochspannung an die Endanode der Röhre versehen,
die Elektroden 24 und 25 und den leitenden Überzug 17 umfaßt. Außerdem kann das
Strahlerzeugungssystem einen Getterring 37 bekannter Konstruktion aufweisen, der
an der Anode 25 in elektrischer Verbindung mit dieser angebracht sein kann.
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Die soweit beschriebene Bildröhre hat üblichen Aufbau und entspricht
im allgemeinen einer großen Vielzahl Kathodenstrahlröhren, die in Fernsehempfängern
und in anderen gleichartigen Anwendungsfällen verwendet werden. Jedoch gibt es eine
Anzahl unterschiedlicher Merkmale in dem Strahlerzeugungssystem 14, die es
viel leistungsfähiger als bisher bekannte Vorrichtungen machen, wenn die Bildröhre
10 in Kathodenmodulationsschaltung verwendet wird. Diese Merkmale sind am besten
in Zusammenhang mit der Fig. 3 und der Betrachtung der darin veranschaulichten konstruktiven
Beziehungen verständlich.
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Fig. 3 ist eine sehr stark vergrößerte Darstellung eines kleinen Teiles
des Strahlerzeugungssysterns 14
und zeigt den Vorder- oder Stirnteil 21 A
der Kathode 21 mit ihrem Emissionsüberzug 40 zusammen mit den Mittelteilen der Querteile
der Steuerelektrode 22 und der ersten Anode 23. Wie dort dargestellt ist, ist in
der Steuerelektrode 22 eine Mittelöffnung 41 ausgebildet, die vorzugsweise
um die Achse A der Röhre zentriert ist. Die Steuerelektrodenöffnung 41 hat im wesentlichen
eine von der Kathodenoberfläche 21A weggewandte, im wesentlichen konkave Gestalt
und einen vorbestimmten Minimaldurchmesser dl. Die erste Anode 23 ist andererseits
mit einer Mittelöffnung 42 versehen, die vorzugsweise kreisförmige Gestalt und einen
vorbestimmten Durchmesser d2 hat. Zwei andere Parameter der in Fig. 3 veranschaulichten
Konstruktion sind von Bedeutung, und zwar der effektive Gitter-Kathoden-Abstand
s1 und der Elektrodenabstand s.. Es muß bemerkt werden, daß der kritische Abstand
s1 von der Oberfläche des Kathodenüberzugs 40 zu der Anodenseite 43 des Minimaldurchmesserteiles
der Öffnung 41 und der Abstand s2 zwischen dem Punkt 43 und der am nächsten an der
Kathode liegenden Oberfläche der Elektrode 23 genommen sind.
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Der Erfindungsgedanke beruht in wesentlichem Maße auf der Erkenntnis,
daß die Abmessungen s1, s2, dl und d2 ausschlaggebende Bedeutung beim Bestimmen
des Durchgriffsfaktors der ersten Anode des Strahlsystems haben und daß dieser Faktor
in einer kathodenmodulierten Röhre wesentlich vergrößert werden kann, um die Perveanz
oder Raumladungskonstante des Strahlerzeugungssystems zu erhöhen. Der Durchgriffsfaktor
D der ersten Anode des Systems kann in erster Annäherung durch die folgende Beziehung
ausgedrückt werden:
wobei K eine Konstante und angenähert gleich 1,1 für Strahlerzeugungssystemkonstruktionen
der in Fernsehbildröhren oder ähnlichen Kathodenstrahlröhren am meisten benutzten
Art ist.
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Der Durchgriffsfaktor D kann auch durch die folgende Beziehung ausgedrückt
werden
in der VZ die Potentialdifferenz zwischen der Kathode
und der ersten
Anode des Strahlerzeugungssystems und V, die negative Spannung an der Steuerelektrode
und an dem Gitter ist, die zur optischen Löschung eines gebündelten Rasters erforderlich
ist, das auf die Spannung Null extrapoliert ist. Auf diese Weise kann der Durchgriffsfaktor
D experimentell durch Messung von V, und V2 bestimmt werden.
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Die Wirkung von Änderungen des Durchgriffsfaktors D auf die
effektive Raumladungskonstante P, des Strahlerzeugungssystems 14 bei Kathodenmodulation
ist in Fig. 4 veranschaulicht. Der Parameter P, wird in diesem Beispiel durch die
folgende Beziehung bestimmt: Ih = PC (Ve')"s, (3)
in der
Ih der maximale Strahlstrom bei Nullantrieb und Nullpotential und
W die Einsatzspannung bei dem speziellen Endanodenpotential ist, das beim
Betrieb der Röhre verwendet wird.
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Wie in Fig. 4 gezeigt ist, nimmt die Raumladungskonstante mit wachsendem
Durchgriffsfaktor der ersten Anode zu. Indessen ist die Beziehung zwischen diesen
beiden Parametern fast linear für Werte des Durchgriffsfaktors D kleiner als drei.
Die Wichtigkeit der in Fig. 4 dargestellten Arbeitskennlinie wird aus der Betrachtung
der Tatsache offenbar, daß in Übereinstimmung mit den üblichen Gittermodulationskriterien
aufgebaute Kathodenstrahlbildröhren einen Durchgriffsfaktor der ersten Anode in
der Größenordnung von 0,16 oder noch kleiner haben. Dies ist unverständlich, weil
in einer gittermodulierten Bildröhre die Raumladungskonstante des Strahlerzeugungssystems
durch den Ausdruck bestimmt wird: P9 (1 + K9 D) 1,5 (4) in der P9 die Raumladungskonstante
und K9 eine Konstante ist. Außerdem ist der Maximalstrom, der von dem Strahlerzeugungssystem
in einer gittermodulierten Röhre entwickelt werden kann, direkt proportional der
Raumladungskonstante P9, so daß es gewöhnlich erwünscht ist, in einer Bildröhre
der gittermodulierten Art den Durchgriffsfaktor D der ersten Anode auf einem Minimum
zu halten.
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Das volle Gegenteil trifft für eine kathodenmodulierte Kathodenstrahlröhre
zu. In diesem Falle kann die Raumladungskonstante des Strahlerzeugungssystems angenähert
nach der folgenden Beziehung bestimmt werden Pc = Kc (1 -f-
D), (5)
in der Pc die Raumladungskonstante der Röhre und K, eine Konstante
ist. Im Gegensatz zu dem Fall der Gittermodulation vergrößert sich in der kathodenmodulierten
Röhre die Raumladungskonstante mit zunehmenden Werten des Durchgriffsfaktors der
ersten Anode, und infolgedessen kann der maximale Strahlstrom durch wesentliche
Erhöhung des Durchgriffsfaktors D vergrößert werden.
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Im Zusammenhang mit diesen Erwägungen erkennt man aus der in Gleichung
(1) offenbarten Beziehung, daß diese eine Steuerwirkung auf die Leistung von Strahlerzeugungssystemen
inKathodenstrahlbildröhren hat, die für Kathodenmodulationsbetrieb bestimmt sind.
Es muß bemerkt werden, daß der Ausdruck für den in Gleichung (1) offenbarten Durchgriffsfaktor
in angenäherter Weise nur zutreffend ist, wenn auch die folgende Beziehung erhalten
wird s1 < 0,1 dl + 0,2032 mm. (6) Wie noch vollständiger erläutert wird, ist
es jedoch gewöhnlich erwünscht, das Strahlerzeugungssystem gemäß der Gleichung (6)
zu konstruieren. Außerdem wird der Ausdruck für den Durchgriffsfaktor der ersten
Anode nur geringfügig geändert, wenn der Abstand s, den in Gleichung (6) offenbarten
Wert überschreitet. Der Durchgriffsfaktor D der ersten Anode kann dadurch vergrößert
werden, daß die in Gleichung (1) offenbarte Abmessungsbeziehung in mehreren verschiedenen
Weisen geändert wird. Jedoch sind die verschiedenartigen Änderungen in konstruktiver
Beziehung keineswegs einander hinsichtlich praktischer Gesichtspunkte gleichwertig.
Beispielsweise kann der effektive Abstand s1 zwischen der Kathode 21 und der Steuerelektrode
22 auf einem Minimum gehalten werden. Dies ist eine höchst erwünschte Maßnahme,
um die gewünschte Erhöhung des Durchgriffsfaktors der ersten Anode zu bewirken,
ist aber praktischen Begrenzungen unterworfen. In diesem Zusammenhang muß bemerkt
werden, daß sich der Abstand s, zwischen Kathode und Steuerelektrode auf den effektiven
Abstand zwischen diesen Elektroden bezieht, wie in Fig. 3 gezeigt ist, wenn sich
das Strahlerzeugungssystem auf seiner normalen Betriebstemperatur befindet. Dieser
Abstand ist gewöhnlich wesentlich kleiner als der entsprechende Elektrodenabstand,
wenn das Strahlerzeugungssystem Raumtemperatur hat. Indessen kann in vielen Systemen
der Abstand um angenähert 0,05 mm größer als der Abstand im geheizten Zustand sein.
Infolgedessen muß die Verminderung des effektiven Abstandes s, auf ein gewisses
Maß begrenzt sein, um Überschläge zwischen zwei Elektroden zu vermeiden, und sollte
praktisch 0,02 mm plus der Dicke des Gitters oder mehr betragen, wobei der Abstand
im kalten Zustand 0,07 mm plus der Dicke des Gitters oder größer gemacht wird.
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Eine andere wirksame Maßnahme zum Vergrößern des Durchgriffsfaktors
der ersten Anode besteht darin, die Gesamtdicke der Steuerelektrode wenigstens in
dem an die Öffnung 41 angrenzenden Bereich zu vermindern. Dies kann in gewissem
Maße durch die in Fig. 3 dargestellte konkave Gestalt erreicht werden, bei der die
Lippe der Öffnung wesentlich dünner als die Gesamtdicke der Elektrode ist. Auch
diese Hilfsmaßnahme ist jedoch praktischen Begrenzungen unterworfen und bietet nur
eine begrenzte Möglichkeit zur Verbesserung der Raumladungskonstante des Strahlerzeugungssystems,
da die Steuerelektrode üblicherweise aus verhältnismäßig dünnem Blech hergestellt
wird. Außerdem kann diese Maßnahme zur Erhöhung der effektiven Raumladungskonstante
des Strahlerzeugungssystems sowie die Verkleinerung des effektiven Elektrodenabstands
s1 wesentliche Schwierigkeiten bei der Massenfertigung der Systeme mit sich bringen.
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Eine Vergrößerung des Durchmessers d, der Steuerelektrodenöffnung
vergrößert auch die Raumladungskonstante des Systems bei Verwendung in einer Kathodenmodulationsschaltung,
führt jedoch zu einer entsprechenden Vergrößerung der Fleckgröße des Elektrodenstrahls,
wenn dieser auf den Leuchtschirm 16
der Bildröhre auftritt
(Fig.1). Infolgedessen kann durch diese Änderung sehr wenig erreicht werden.
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Bei weitem die wirksamste und praktischste Maßnahme zur Vergrößerung
der des Kathodenmodulationssystems ohne Einführung übermäßiger Fertigungsschwierigkeiten
und ohne wesentliche nachteilige Wirkung auf die Fleckgröße oder auf die Bündelung
des Elektronenstrahls beruht auf einer Überprüfung des effektiven Elektrodenabstandes
s2 und des Durchmessers d2 der Öffnung der ersten Anode im Vergleich mit zuvor bekannten
Strahlerzeugungssystemkonstruktionen. Aus diesem Grunde wird in dem in Fig. 1 veranschaulichten
und teilweise in Einzelheiten in Fig. 3 dargestellten Strahlerzeugungssystem der
Abstand s2 auf einem Minimum gehalten, das mit der Vermeidung von Lichtbogenbildung
zwischen den Elektroden 22 und 23 vereinbar ist. Gleichzeitig wird die Größe der
Anodenöffnung 42 wesentlich reduziert. Auf diese Weise ist es möglich, Werte für
den Durchgriffsfaktor D der ersten Anode größer als 0,8 zu erhalten, wodurch sehr
bemerkenswerte Betriebsvorteile im Vergleich zu bekannten Konstruktionen von Strahlerzeugungssystemen
erzielt werden. In der Tat kann der Durchgriffsfaktor der ersten Anode gemäß der
obigen Definition leicht auf Werte vergrößert werden, die beträchtlich über Eins
liegen, ohne übermäßige Schwierigkeiten bei der Fertigung des Systems einzuführen
und ohne die Fleckgröße merklich zu beeinflussen. Es muß bemerkt werden, daß in
diesen kathodenmodulierten Strahlerzeugungssystemen mit großer Raumladungskonstante
die Öffnung 42 in der ersten Anode wesentlich kleiner als die Öffnung
41 in der Steuerelektrode gemacht werden muß.
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Die Verkleinerung der Öffnung 42 in der ersten Anode mit Bezug auf
die Steuerelektrodenöffnung 41
bringt einen weiteren wesentlichen Betriebsvorteil
des Strahlerzeugungssystems 10 mit sich. Der Durchgriffsfaktor für die zweite Anode
24 des Systems nimmt im Verhältnis der dritten Potenz des Öffnungsdurchmessers d2
ab, während der Durchgriffsfaktor für die erste Anode in angenähert umgekehrtem
Verhältnis mit Bezug auf d2 zunimmt. Infolgedessen vergrößert eine wesentliche Verminderung
der Größe der Öffnung 42 nicht nur den Durchgriffsfaktor D der Spannung der ersten
Anode, wie oben beschrieben wurde, sondern setzt auch den Durchgriff der Spannung
mit Bezug auf die Kathode herab. Dies ist besonders wichtig, da der Durchgriffsfaktor
für die zweite Anode 24 in wesentlichem Maße die Einsatzspannung des Strahlerzeugungssystems
bestimmt. Verkleinerung dieses Faktors unterstützt wesentlich die Schaffung einer
Konstruktion des Strahlerzeugungssystems mit verhältnismäßig großer Raumladungskonstante.
Versuche zum Bau von Strahlerzeugungssystemen für einen Betrieb mit Endanodenspannungen
von 12 kV und mehr und mit einem verhältnismäßig großen Durchgriffsfaktor für die
erste Anode sind nicht erfolgreich gewesen und haben nicht eine so große Raumladungskonstante
geliefert, wie sie mit Strahlerzeugungssystemen gemäß der Erfindung erhalten wird.
Ganz allgemein kann festgestellt werden, daß diese zuvor bekannten Vorrichtungen
keinen Erfolg erzielt haben, weil die Öffnungen des Gitters und der ersten Anode
gleiche Größe hatten oder die Öffnung der ersten Anode größer als die Gitteröffnung
war, wobei unzulässig hohe Werte für den Durchgriffsfaktor der Hochspannung auftraten.
Eine andere wesentliche Erwägung ist die Wirkung der Verkleinerung der Öffnung 42
auf die Fleckgröße des Elektronenstrahls des Systems, wenn dieser auf den Leuchtschirm
16 auftrifft. Die Verkleinerung des Öffnungsdurchmessers d2 durch Verminderung
des Durchgriffs der Hochspannung sollte erwartungsgemäß eine Überstrahlung der voll
ausgeleuchteten Stellen des wiedergegebenen Bildes erzeugen, d. h., die Fleckgröße
könnte sich erwartungsgemäß bei verhältnismäßig großen Strahlströmen unerwünscht
vergrößern. Praktisch tritt dies jedoch nicht auf. Tatsächlich liefern erfindungsgemäß
ausgebildete Strahlerzeugungssysteme eine Fleckgröße, die mit der Fleckgröße üblicher
Konstruktionen vergleichbar ist, die viel kleinere Werte der Raumladungskonstante
haben.
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Fig. 5 und 6 zeigen eine andere Ausführungsform der Erfindung, die
in vielen Beziehungen mit den Ausführungsformen der Fig. 1 und 2 ziemlich gleichartig
ist. Das in Fig. 5 dargestellte Strahlerzeugungssystem 54 ist in vielen Beziehungen
dem System 14
nach Fig. 1 ähnlich und in dem Halsabschnitt 12 eines Bildröhrenkolbens
11 angeordnet. Wie vorher besitzt das Strahlerzeugungssystem eine Kathode
21,
eine Steuerelektrode 22 und ein Paar Anoden 24 und 25, die
in der genannten Reihenfolge längs der Röhrenachse angeordnet sind, wobei die Bündelungselektrode
26 in umschließender Beziehung zu den angrenzenden Enden der Anoden 24 und
25 angebracht ist. Die Elektroden sind mit einem Paar Isolierhalteelementen mechanisch
verbunden, die aus den Stäben 18 und 19 bestehen und mit geeigneten Zuleitungen
versehen sind, wie oben beschrieben wurde. Die Zuleitungen bilden elektrische Verbindungen
zu den Stiften 60 des Röhrenfußes 20.
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Die Änderung der in dem Strahlerzeugungssystem 54
enthaltenen
Erfindung liegt in dem Aufbau und der Gestaltung der ersten Anode 63 des Strahlerzeugungs-.systems
und ist vielleicht am besten in der vergrößerten Einzelteilansicht der Fig.6 dargestellt.
Wie dort gezeigt ist, ist der Kathodenabschnitt 21A mit einem Emissionsüberzug
40 versehen und in Abstand zu der Steuerelektrode 22 angeordnet, wobei diese
Elektroden im wesentlichen den oben beschriebenen und in Fig. 3 gezeigten Konstruktionen
gleichen. Die erste Anode 63 ist jedoch wesentlich unterschiedlich gestaltet, im
besonderen der Teil, der unmittelbar an die Röhrenachse A angrenzt. Der Mittelteil
der Elektrode 63 ist verformt oder nach unten gedrückt, um eine Konkavität 64 auf
der von der Emissionsfläche 40 der Kathode entfernten Seite der Elektrode zu bilden.
An der Mitte der Konkavität 64 ist die Öffnung 65 vorgesehen, die der Anodenöffnung
42 -der Fig. 3 entspricht. Wie in der zuvor beschriebenen Ausführungsform ist der
Durchmesser d2 der Öffnung 65 vorzugsweise wesentlich kleiner gemacht als der effektive
Durchmesser dl der Öffnung 41 in der Steuerelektrode 22. Außerdem sind, wie auch
in der zuvor beschriebenen Anordnung, die kritischen effektiven Elektrodenabstände
s1 und s2 auf einem Minimum gehalten. In der Ausführungsf orm nach Fig. 5 und 6
ist jedoch der Außenabstand s3 zwischen den Elektroden 22 und 63 wesentlich größer
als der effektive Abstand s2 zwischen diesen Elektroden in dem axialen Teil des
Systems. Praktisch erstreckt sich bei der geänderten Konstruktion der ersten Anode
63 diese in die in der Steuerelektrodenöffnung gebildeten Konkavität, wodurch der
effektive Abstand s2 ohne eine entsprechende Verkleinerung des
Umfangsabstandes
s3 zwischen den beilen Elektroden verringert wird. Da der Umfangsabstand s3 verhältnismäßig
groß ist, ist es viel leichter, den Abstand der beiden Elektroden zueinander bei
der Festigung des Strahlerzeugungssystems zu kontrollieren und somit die Arbeitskennlinien
zu überwachen, die in wesentlichem Maße durch diesen Parameter bestimmt sind. Ein
weiterer Vorteil der in Fig. 5 und 6 veranschaulichten Konstruktion besteht darin,
daß der gewünschte außerordentlich kleine Abstand s, nur in einem äußerst begrenzten
Bereich an der Mitte der beiden Elektroden aufrechterhalten wird, wodurch die Möglichkeit
elektrischer Kurzschlüsse zwischen den beiden Elektroden we3entlich reduziert wird,
die durch Staubteilchen oder thermische Ausdehnung verursacht werden könnten, wenn
das Strahlerzeugungssystem in Betrieb gesetzt wird. Die konische Gestalt der zweiten
Anode kann die Fleckgröße am Bildröhrenschirm in begrenztem Umfang zu erhöhen suchen,
abhängig von der Krümmung des konischen Teiles der Öff-
nung 41 und dem Winkel,
unter dem der Teil 64 der Anode 63 in Richtung der Steuerelektrode verläuft. Dieser
Effekt kann jedoch durch geeignete Gestaltung dieser beiden Elektroden oder durch
Einstellung der Stärke der Vorbündelungslinsen zwischen den Elektroden
24 und 63 be3eitigt werden.
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Fig. 7 zeigt in vergrößerter Darstellung Einzelheiten einer anderen
Form einer ersten Anodenelektrode, die mit wesentlichem Vorteil in einem beschriebenen
Strahlerzeugungssystem verwendet werden kann. Die gezeigte erste Anodenkonstruktion
73 besitzt ein becherförmiges Element 74, das im wesentlichen der zuvor beschriebenen
ersten Anode 23 der Fig. 1 entspricht. Wie vorher ist das Elektrodenelement 74 mit
einer Mittelöffnung 75 versehen, die wesentlich kleiner als die entsprechende Öffnung
41 in der benachbarten Steuerelektrode 22 ist. In diesem Falle ist jedoch die Anode
73 mit einem zweiten Element 76 versehen, das aus einer in dem Element 74 angebrachten
Platte besteht, wobei die beiden Elektrodenelemente 74 und 76 elektrisch und mechanisch
miteinander verbunden sind. Das Hilfselektrodenelement 76 ist mit einer Mittelöffnung
77 versehen, die wesentlich größer als die Öffnung 75 ist und angenähert dieselbe
Größe wie die Steuerelektrodenöffnung 41 haben oder größer als diese sein kann.
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Bei der in Fig.7 dargestellten Konstruktion der ersten Anode mit zwei
Öffnungen ist gefunden worden, daß der Hochspannungsdurchgriff von der zweiten Anode
24 (Fig. 5) abnimmt und gleichzeitig der Durchgriffsfaktor D für die erste Anode
in wesentlichem Maße zunimmt. Infolgedessen kann ein Strahlerzeugungssystem, das
eine erste Anode dieser Bauart aufweist, gebaut werden, um eine extrem hohe Raumladungskonstante
bei kathodenmoduliertem Betrieb zu liefern. Die Wirkung der Platte 76 mit der zweiten
Öffnung auf den Hochspannungsdurchgriff' hängt in gewissem Maße von der Größe der
Öffnung 77 und von der effektiven Dicke der Elektrode ab. Das heißt, eine dichtere
Anbringung des Hilfselektrodenelementes 76 an dem Schirm der Kathodenstrahlröhre
ergibt eine Verkleinerung des Hochspannungsdurchgriffs. Die Anordnung des zweiten
Elektrodenelementes 76 in zu großer Entfernung von der Öffnung 75 kann jedoch zu
einer wesentlichen Erhöhung der Stärke der Vorbündelungslinsen des Systems und somit
zu einer unerwünschten Vergrößerung der Fleckgröße des Elektronenstrahles am Bildröhrenschirm
führen. Daher mu3 das Hilfselektrodenelement 76 verhältnismäßig dicht an dem Querteil
des Elektrodenelementes 74 angeordnet werden, wie in Fig. 7 dargestellt ist.
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Fig.8 zeigt eine andere Ausführungsform einer Konstruktion der ersten
Anode, die in vielen Beziehungen im wesentlichen der Konstruktion der ersten Anode
73 der Fig. 7 gleichwertig ist. Die in Fig. 8 dargestellte Elektrode 80 hat im wesentlichen
becherförmigz Gestalt, ist jedoch mit einer Vorder-oder Kathodenseitenwand 81 versehen,
die wesentlich dicker als die üblichen in den meisten Strahlerzeugungssystemen verwendeten
Blechelemente ist. Die Querwand 81 hat eine Mittelöffnung 82, die mit der Öffnung
41 in der Steuerelektrode 22 ausgerichtet ist und einen wesentlich kleineren Minimaldurchmesser
als der Durchmesser der Steuerelektrodenöffnung besitzt. Die Wände der Öffnung 82
erstrecken sich nicht parallel zu der Achse A des Strahlerzeugungssystems, in denen
sich die Elektrode befindet, sondern die Öffnung 82 ist im wesentlichen kegelstumpfförmig
konisch gestaltet, wobei der schirmseitige Durchmesser der Öffnung wesentlich größer
als die kathodenseitige Öffnung ist. Somit ist erkennbar, daß die Elektrode 80 der
zuvor beschriebenen Elektrode 73 im wesentlichen gleichartig ist, mit der Ausnahme,
daß die beiden Elektrodenelemente 74 und 76 in einer einheitlichen Konstruktion
mit nur einer Wand kombiniert sind, die quer zu der Elektrodenachse verläuft. Betriebsmäßig
sind die beiden Elektrodenkonstruktionen in vielen Beziehungen einander im wesentlichen
äquivalent. Lediglich zur Veranschaulichung werden die folgenden Abmessungsdaten
angegeben, die sich auf eine Elektrode der in Fig. 8 dargestellten Art beziehen.
Fig. 9 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel, das in einigen Beziehungen der Anordnung
nach Fig.3 ähnlich ist, jedoch einige weitere Vorteile mit Bezug darauf liefert.
In dieser Aufführungsform ist die Kathode 21 des Strahlerzeugungssystems wiederum
mit der Öffnung 41 in der Steuerelektrode 22 angeordnet. Die Systemkonstruktion
in diesem Beispiel enthält weiterhin die zweite Steuerelektrode oder erste Anode
23 mit einer Mittelöffnung 42, die mit der Öffnung 41 in der ersten
Steuerelektrode ausgerichtet ist. Infolgedessen erkennt man, daß die Elektroden
selbst im wesentlichen dieselbe Gestalt haben wie die in Fig. 3 dargestellten Elektroden.
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In diesem Baispiel befindet sich jedoch ein Isolierabstandselement
90 zwischen der Steuerelektrode 22 und der ersten Anode 23. Das Abstandselement
90
ist sehr einfach gestaltet und besteht vorzugsweise aus einer extrem dünnen
Glimmerunterlagscheibe mit einer Mittelöffnung 91, die mit den Elektrodenöffnungen
41 und 42 ausgerichtet ist. Vorzugsweise ist die Öffnung 91 in der
Glimmerunterlagscheibe so groß oder wenig größer als die Steuerelektrodenöffnung
41 gemacht.
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Das Isolierabstandselement 90 bietet mehrere Vorteile bei der Fertigung
von Strahlerzeugungssystemen mit großer der oben beschriebenen Art. Bei Verwendung
einer Glimmerunterlagscheibe
mit einer sehr kleinen Dicke t' ist
es möglich, den effektivere Abstand s2 der beiden Elektroden ausreichend weit -unter
die Werte zu vermindern, die sonst mit Sicherheit aufrechterhalten werden könnten.
Da diese Konstruktion die Beibehaltung von extrem kleinen Werten des Abstandes s2
in einem kommerziellen, praktischen Strahlerzeugungssystem zuläßt, wird es möglich,
den Gitter-Kathoden-Abstand s1 in gewissem Maße zu vergrößern und trotzdem die hohen
Durchgriffsfaktoren zu erhalten, die zur Erzielung der Vorteile der Erfindung notwendig
sind. In der Tat ermöglicht die Konstruktion nach Fig. 9, den Abstand s1 um einen
so hohen Prozentsatz wie 50 °/o zu vergrößern und trotzdem Durchgriffsfaktoren beträchtlich
über 0,8 zu erhalten.
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In diesem Zusammenhang ist der Hinweis wesentlich, daß sich das Isolierabstandselement
über die gekrümmten Kanten oder Ecken 92 und 93 der Elektroden 22 bzw. 23 hinaus
erstrecken muß. Falls dies nicht der Fall ist, wird .der gesamte, die beiden Elektroden
trennende Streu- oder Ableitungsweg auf die Dicke t' des Isolierabstandselementes
begrenzt, und dieser gesamte Streuweg wird der Absetzung von leitendem Material
ausgesetzt, wenn das Getter 37 (Fig. 1) während der Herstellung der Röhre verdampft
wird. Dies könnte leicht zur Bildung eines verhältnismäßig stark leitenden Ableitungsweges
zwischen den beiden Elektroden führen und daher die Arbeitsweise des Strahlerzeugungssystems
nachteilig beeinflussen. Bei der veranschaulichten -Anordnung ist der Streuweg sehr
wesentlich länger -und wird nicht so leicht durch von dem Getter verdampftes Material
verunreinigt.
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Ein weiteres wesentliches Merkmal der Konstruktion nach Fig.9 betrifft
die Anordnung des Isolierabstandselementes 90 zwischen den Elektroden 22 und 23.
Da das Abstandselement in verhältnismäßig genauer Ausrichtung mit den beiden Elektroden
gehalten werden muß; könnte erwartet werden, daß es notwendig ist, das Abstandselement
an einer der Elektroden festzukleben oder in anderer Weise daran in der gewünschten
Lage zwischen den beiden Elektroden zu befestigen. Dies ist aber nicht der Fall.
Das Isolierabstandselement 90 kann in der veranschaulichten Lage angeordnet und
in dieser sicher und lediglich durch Reibungskontakt mit den beiden Elektroden gehalten
werden. Solange Sorgfalt darauf verwendet wird, das Isolierabstandselement in seiner
Lage zu halten, bis das Strahlerzeugungssystem sicher in der Röhre angeordnet und
die Röhre evakuiert ist, bleibt es in seiner Lage unter jeder Handhabungsbedingung,
der die Bildröhre unterworfen werden kann. Während der Wärmebehandlung des Strahlerzeugungssystems
bei der Herstellung der Röhre dehnt sich die Steuerelektrode 22 aus und drückt die
Isolierunterlagscheibe 90 noch dichter gegen die Elektrode 23, wobei aber keine
Beschädigung durch die Scheibe entsteht. Noch wichtiger ist, daß die .Evakuierung
des Röhrenkolbens die Reibungskräfte wesentlich erhöht, welche die Unterlagscheibe
in Berührung mit den Elektroden zu halten suchen, so daß es fast unmöglich ist,
das Isolierabstandselement 90 aus seiner Lage zu entfernen, wenn die Röhre evakuiert
worden ist. Infolgedessen liefert die in Fig.9 dargestellte Konstruktion ein Mittel,
um extrem schmale Toleranzen zwischen den Elektroden 22 und 23 aufrechtzuerhalten,
ohne: die Kompliziertheit der Konstruktion des Elektronenstrahlsystems wesentlich
zu erhöhen. Typische Bemessungsdaten für die in Fig. 9 gezeigte Elektrodenkonstruktion
sind im folgenden beispielsweise offenbart.
| Dicke t' des Abstandselementes 90 0,05 mm |
| s2 ............................. 0,20 mm |
| 8l ............................. 0,25 mm |
| dl ............................ 0,91 mm |
| d2............................. 0,78 mm |
Aus den gleichen Gründen und ebenfalls nur zur Veranschaulichung können die folgenden
Daten als ein Beispiel zur geeigneten Bemessung eines be-,chriebenen Strahlerzeugungssystems
mit besonderem Bezug auf die Ausführungsform nach Fig. 1 bis 3 betrachtet werden.
| Durchmesser dl ................. 0,91 mm |
| Durchmesser d2 ................. 0,78 mm |
| Abstand s1 ..................... 0;15 mm |
| Abstand s2 ..................... 0,33 mm |
Diese Daten sind auf ein Strahlerzeugungssystem anwendbar, das zur Verwendung in
einer Fernsehbildröhre geeignet ist, die bei 14 000 bis 20 000 V oder einem höheren
Potential arbeitet. In einem speziellen Strahlerzeugungssystem beträgt die normale
Betriebsspannung für die erste Anode 23 angenähert 50 V, die Steuerelektrode 22
ist gewöhnlich geerdet, und die Einsatzspannung beträgt angenähert 44 V.
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Kathodenstrahlbildröhren mit dem beschriebenen Strahlerzeugungssystem
liefern wesentlich erhöhte Helligkeit und viel größere Steilheit, als in bekannten
Vorrichtungen erzielbar ist. Durch einen groben Vergleich zwischen zwei solchen
Röhren erhaltene typische Daten sind im folgenden als Funktion des Anodenstromes
in der Tabelle I und als Funktion der Steuerspannung mit Bezug auf die Sperrspannung
in Tabelle II offenbart.
| Tabelle I |
| Helligkeit |
| Anodenstrom (Apostilb) |
| (Mikroampere) Röhre nach der |
| Bekannte Röhre Eindung |
| 200 592 I 592 |
| 400 1130 j 1130 |
| 600 1722 1722 |
| 800 2185 2315 |
| 1000 2530 t 2800 |
| 1200 2905 3425 |
| 1380 3260 4040 |
| 1600 4520 |
(Maximalstrom für die übliche Röhre beträgt 1380 Mikroampere.)
| Tabelle Il |
| Steuerspannung Helligkeit |
| von (Apostilb) |
| Sperrspannung Röhre nach der |
| (Volt) Bekannte Röhre , Erfindung |
| 20 258 f 463 |
| 25 430 807 |
| 30 732 1260 |
| 35 1184 1948 |
| 40 1840 2930 |
| 44 2370 i 4520 |
Ein anderer nützlicher Vergleich wird durch die Daten gegeben,
welche die Helligkeit als Funktion der prozentualen Steuerspannung ausdrücken und
in Tabelle
111 offenbart sind.
| Tabelle III |
| Helligkeit |
| Prozentuale (Apostilb) |
| Steuerspannung ( Röhre nach der |
| Bekannte Röhre Erfindung |
| 20 54 97 |
| 40 237 344 |
| 60 753 861 |
| 80 1830 2045 |
| 90 2638 2960 |
| 100 3260 j 4520 |
Aus den vorstehenden Daten, in denen zwei Röhren mit sonst im wesentlichen gleichen
Betriebskennwerten grob verglichen wurden, kann erkannt werden, daß kathodenmodulierte
Bildröhren, die erfindungsgemäß ausgebildet sind, eine wesentlich höhere Steilheit
als übliche Vorrichtungen besitzen und daher geringere Anforderungen an die zum
Steuern der Röhren verwendete Signalschaltung stellen. Außerdem werden diese höchst
erwünschten Wirkungen in einer Konstruktion des Strahlerzeugungssystems erhalten,
die leicht und wirtschaftlich herstellbar ist und in der Tat keine größeren Belastungen
dem Röhrenhersteller aufbürdet als ein übliches Strahlerzeugungssystem, das gemäß
den Gittermodulationskriterien gebaut ist. Die Fleckgröße in Bildröhren mit dem
beschriebenen Strahlerzeugungssystemen wird nicht nachteilig beeinflußt. Ferner
weisen die beschriebenen Strahlerzeugungssysteme einen sehr viel größeren Durchgriffsfaktor
der ersten Anode, gewöhnlich in der Größenordnung von 1,2 bis 1,6, auf als bekannte
Strahlerzeugungssysteme von Bildröhren.