DE1236085B - Elektronenstrahlerzeugungssystem fuer eine Elektronenstrahlroehre - Google Patents

Description

DEUTSCHES ^HTVvKP PATENTAMT

DeutscheKl.: 21g-13/21

AUSLEGESCHRIFT ~-. ^

Aktenzeichen: N 21603 VIII c/21 g

J 236 085 Anmeldetag: 19.Mail962

Auslegetag: 9. März 1967

Die Erfindung bezieht sich auf ein Elektronen-Strahlerzeugungssystem für eine Elektronenstrahlröhre, bestehend aus einer Kathode, einer nahe vor der Kathode angeordneten, auf einem niedrigen positiven Potential liegenden gitterförmigen Elektrode, einer auf einem negativen Potential liegenden Hilfselektrode und einer auf hohem positiven Potential liegenden Anodenelektrode, wobei die Potentiale an diesen drei Elektroden derart gewählt sind, daß ein Brennpunkt des Elektronenstrahls zwischen der Hilfs- und Anodenelektrode liegt.

Es ist bekannt, zur Erzielung einer hohen Steuerempfindlichkeit dicht vor der Kathodenoberfläche eines Elektronenstrahlerzeugungssystems in einer Kathodenstrahlröhre ein auf einem gegenüber der Kathode auf geringem positiven Potential liegendes Gitter und zwischen diesem und der Anode eine Hilfselektrode derart anzuordnen, daß ein Brennpunkt des Elektronenstrahls zwischen Hilfselektrode und Anode liegt. Bei einer bekannten Anordnung liegt die Hilfselektrode auf dem gleichen Potential wie die Kathode, und der Querschnitt des Elektronenstrahls an der gitterförmigen Elektrode ist durch die Abmessungen des emittierenden Teiles der Kathodenoberfläche bestimmt.

Aus anderen Anordnungen für Elektronenstrahlerzeugungssysteme ist bekannt, die Hilfselektrode an ein gegenüber der Kathode negatives Potential zu legen.

Alle diese Systeme lösen die Aufgabe, einen Elektronenstrahl mit geringem kreisförmigen Querschnitt zu schaffen, da die Abbildungen der bisher bekanntgewordenen Anordnungen elliptische Querschnitte zeigten.

Allein durch die vorstehend genannte Anordnung mit der besonderen Lage des Brennpunktes läßt sich diese Aufgabe jedoch nicht lösen, wie die verschiedenen Nachfokussierungseinrichtungen gerade für diese und auch die übrigen bekannten Elektronenstrahlerzeugungssysteme zeigen.

Die Erfindung bringt nun eine Lösung der Aufgabe dadurch, daß sie bestimmte Bemessungsregeln angibt, wodurch bei einer Anordnung der eingangs genannten Art die gitterförmige Elektrode genau auf der dieser Lage entsprechenden Äquipotentialebene zu liegen kommt, wodurch dann einerseits die große Empfindlichkeit der gitterförmigen Elektrode erhalten bleibt und andererseits die gefürchteten Gitterströme, die sonst bei nur schwach positiven Steuergittern auftreten, auf einen vernachlässigbaren Kleinstwert herabgedrückt werden. Erfindungsgemäß ist der Durchmeser der Öffnung der Hilfselektrode Elektronenstrahlerzeugungssystem für eine
Elektronenstrahlröhre

Anmelder:

N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)

Vertreter:

Dr.-Ing. H.-D. Zeller, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Als Erfinder benannt:
Cornells Weber,
Johannes van Esdonk,
Eindhoven (Niederlande)

Beanspruchte Priorität:

Niederlande vom 24. Mai 1961 (265 121)

mindestens das Dreifache des Elektronenstrahldurchmessers an der gitterförmigen Elektrode.

Es können die gitterförmige Elektrode ein positives Potential von etwa 10 Volt, die Hilfselektrode ein negatives Potential von über 50 Volt und die Anode ein positives Potential von über 10 kVolt aufweisen. Für ein Elektronenstrahlerzeugungssystem, bei dem der Querschnitt des Elektronenstrahls an der gitterförmigen Elektrode durch die Abmessungen der die Elektronen emittierenden Kathodenoberfläche bestimmt wird, kann zusätzlich zur Unterdrückung der Störungen durch Randeffekte eine Schirmelektrode die Kathode eng umgeben. Bei einem Elektronenstrahlerzeugungssystem, bei dem die die Elektronen emittierende Kathodenoberfläche größer als der Elektronenstrahlquerschnitt an der gitterförmigen Elektrode ist, kann die den Querschnitt des Elektronenstrahls bestimmende Öffnung der gitterförmigen Elektrode in einer Metallplatte angeordnet sein, die dünner als ein Zehntel des Elektronenstrahldurchmessers an dieser Stelle und auf einem Gitterrahmen befestigt ist, dessen Öffnung derart groß ist, daß der Abstand zwischen dessen Rand und dem Elektronenstrahl mindestens das Zweifache der Stärke des Materials des Gitterrahmens beträgt. Weiterhin kann der Abstand zwischen der gitterförmigen Elektrode und der Kathodenoberfläche

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etwa 100 Mikron, der Abstand zwischen der gitterförmigen Elektrode und der Hilfselektrode 650 Mikron und der Abstand zwischen der Kathodenoberfläche und der Anode 5 mm betragen. Weiterhin können die Durchmesser der öffnungen der gitter förmigen Elektrode 400 Mikron, des Gitterrahmens und der Hilfselektrode je 2 mm betragen.

Ausführungsbeispiele des beschriebenen Elektronenstrahlerzeugungssystems sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Elektronenstrahlerzeugungssystem, angeordnet in einem Kolben einer Elektronenstrahlröhre, in geschnittener Darstellung, mit den Elektrodenanschlüssen,

Fig. 2 in geschnittener Darstellung die in der Nähe der Kathode des Elektronenstrahlerzeugungssystems nach Fig. 1 liegenden Elektroden dieses Systems,

F i g. 3 die gleiche Darstellung wie in F i g. 2 für eine andere Ausführungsform.

In Fig. 1 bezeichnet 1 den Kolben einer Elektronenstrahlröhre. In dem Kolben 1 sind ein Leuchtschirm 7 und ein Elektronenstrahlerzeugungssystem angeordnet, bestehend aus einer Kathode 2, einer gitterförmigen Elektrode 3, einer Anode 4, einer Hilfselektrode 5 und einer Schirmelektrode 6.

Die Steuerspannung wird zwischen Erde und Kathode! angelegt. Die Kathode 2 besitzt eine Oberfläche, die den Elektronenstrahlquerschnitt und dem- nach auch den Elektronenstrahlquerschnitt in der Nähe der gitterförmigen Elektrode 3 bestimmt. Störungen infolge der aus dem Rand der Kathode 2 ausgelösten Elektronen werden durch die Anordnung einer Schirmelektrode 6 vermieden, die die Emission des Randes unterdrückt. Die Schirmelektrode 6 umgibt die Elektronen emittierende Oberfläche eng, liegt an einem Potential, das aber nicht kritisch ist und —2 bis —20 Volt betragen kann. Die der gitterförmigen Elektrode 3 zugekehrte Oberfläche der Schirmelektrode 6 kann am besten mit der wirksamen Kathodenfläche in einer Ebene liegend angeordnet sein.

Da die gitterförmige Elektrode 3 an einem schwach positiven Potential liegt, z.B. an +10 Volt, und dafür gesorgt ist, daß das Raumpotential an dieser Stelle möglichst gleich dem Gitterpotential ist, verhält sich das System so, als ob keine Gitterdrähte vorhanden wären. Die Elektronen erfahren also durch die Gitterdrähte nahezu keine Ablenkung. Infolge des geringen Abstandes zwischen der gitterförmigen Elektrode 3 und der Kathode 2 von 90 bis 100 Mikron und wegen des geringen positiven Potentials der gitterförmigen Elektrode 3 weisen die auf die Gitterdrähte auftreffenden Elektronen eine geringe Geschwindigkeit auf und besitzen daher auch eine derart geringe Energie (in diesem Fall etwa 1 mW), daß keine nachteilige Erhitzung der dünnen Gitterdrähte auftritt. Die Elektronen werden, da die Gitterdrähte nahezu keine Linsenwirkung haben, in einem einzigen Brennpunkt 12, wie in F i g. 2 dargestellt, zwischen der Hilfselektrode 5 und der Anode 4 fokussiert.

Da die Elektronen beim Durchgang durch die gitterförmige Elektrode 3 eine geringe Geschwindigkeit aufweisen, ist die Steuerung empfindlich. Um zu verhindern, daß der Elektronenstrahlquerschnitt infolge gegenseitiger Abstoßung der Elektronen

durch die Raumladung im Elektronenstrahl übermäßig zunimmt, ist es erwünscht, daß die Elektronen nach dem Durchgang durch die gitterförmige Elektrode 3 schnell eine hohe Geschwindigkeit erreichen. Aus diesem Grunde soll die an hohe Spannung gelegte Anode 4 nicht zu weit entfernt von der gitterförmigen Elektrode 3 angeordnet sein. Wäre die Anode 4 zur Erzielung des niedrigen Raumpotentials an der gitterförmigen Elektrode 3 in einem großen Abstand angeordnet, so würden die Elektronen einen langen Weg mit verhältnismäßig geringer Geschwindigkeit zurücklegen, die eine Streuung des Elektronenstrahls ergibt. Es ist aber trotz des geringen Abstandes zwischen der Anode 4 und der gitterförmigen Elektrode 3 möglich, das Raumpotential in der Ebene der gitterförmigen Elektrode 3 dennoch hinreichend niedrig zu machen, indem nämlich an die Hilfselektrode 5 eine hohe negative Spannung angelegt wird.

Um außerdem zu erreichen, daß die Äquipotentiallinien in der Ebene der gitterförmigen ElektrodeS nahezu parallel zur wirksamen Gitterfläche verlaufen, was zur Vermeidung einer Ablenkung der Randelektronen des Elektronenstrahls erforderlich ist, muß der Durchmesser der öffnung der Hilfselektrode 5 mindestens das Dreifache des Elektronenstrahldurchmessers an der gitterförmigen Elektrode 3 sein.

Eine Schwierigkeit bei der Bauart nach F i g. 2, bei der der Elektronenstrahlquerschnitt durch die Kathodenoberfläche bedingt wird, besteht darin, daß die Kathode 2 sehr genau in der Achse des Elektronenstrahlerzeugungssystems angebracht werden muß.

Dieser Nachteil wird vermieden, wenn die Kathode 8, wie in Fig. 3 dargestellt, in an sich bekannter Weise eine größere Oberfläche als der Elektronen-Strahlquerschnitt in der Nähe der gitterförmigen Elektrode 3 aufweist und dieser Elektronenstrahlquerschnitt durch den offenen Teil der gitterförmigen Elektrode 3 bedingt wird. Die Kathode 8 muß dann nur im richtigen Abstand von der gitterförmigen Elektrode 9 angeordnet werden, in seitlicher Richtung ist die Montage jedoch nicht kritisch.

Die gitterförmige Elektrode 9 besteht aus zehn dünnen Drähten, die über der öffnung einer dünnen Metallplatte 10 liegen. Die Metallplatte 10 soll dünner als ein Zehntel des Elektronenstrahldurchmessers an dieser Stelle sein, da der Rand der öffnung in dieser Platte sonst Störungen in den Elektronenlaufbahnen im Elektronenstrahl herbeiführt. Der Durchmesser der öffnung der gitterförmigen Elektrode 9 beträgt in diesem Falle 0,4 mm, die Stärke der Gitterdrähte 7 Mikron, die Stärke der Metallplatte 10 beträgt 10 Mikron und die Steigung der Gitterdrähte ist 40 Mikron.

Die Metallplatte 10 selbst ist auf einem widerstandsfähigen Gitterrahmen 11 befestigt, dessen öffnung derart groß ist, daß der Abstand zwischen dessen Rand und dem Elektronenstrahl mindestem das Zweifache der Stärke des Rahmens beträgt. In diesem Fall besitzt die öffnung des Gitterrahmens 11 einen Durchmesser von 2 mm. Der Abstand zwischen der gitterförmigen Elektrode 9 und der Kathodenoberfläche beträgt 90 Mikron und der Abstand zwischen der Hilfselektrode 5 und der Kathodenoberfläche 650 Mikron.

Der Durchmesser des Zylinderteiles der Hilfselektrode 5 beträgt 10 mm, und der kleinste Abstand

Claims (5)

I 236 zwischen der Anode 4 und der Kathodenoberfläche beträgt etwa 5 mm. Wie aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich, besitzt der Elektronenstrahl einen einzigen punktförmigen Brennpunkt 12 mit nahezu kreisförmigem Querschnitt im Gegensatz zu dem Fall, in dem eine gitterförmige Elektrode nicht auf dem an dieser Stelle herrschenden Raumpotential gehalten und der Brennpunkt elliptisch verformt wird. Ein Brennpunkt mit zu großen Abmessungen entsteht, wenn die Öffnungen der Hilfselektrode 5, der Metallplatte 10 und des Gitterrahmens 11 nicht groß genug sind, wie es bei den meisten bekannten Elektronenstrahlerzeugungssystemen der Fall ist. Eine zu große Öffnung der Hilfselektrode 5 ist jedoch nachteilig, da dann ihr Potential viel zu stark negativ sein muß, um das gewünschte niedrige Raumpotential an den gitterförmigen Elektroden 3 und 9 erzielen zu können. Durch die beschriebene Einrichtung kann also die nachteilige Verformung des Lichtflecks auf dem Schirm 7 nahezu völlig vermieden werden, wobei eine Steuerspannung von weniger als 10 Volt zur vollständigen Modulation des Elektronenstrahls genügt. Patentansprüche:

1. Elektronenstrahlerzeugungssystem für eine Elektronenstrahlröhre, bestehend aus einer Kathode, einer nahe vor der Kathode angeordneten, auf einem niedrigen positiven Potential liegenden gitterförmigen Elektrode, einer auf einem negativen Potential liegenden Hilfselektrode und einer auf hohem positiven Potential liegenden Anodenelektrode, wobei die Potentiale an diesen drei Elektroden derart gewählt sind, daß ein Brennpunkt des Elektronenstrahls zwischen der Hilfsund Anodenelektrode liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der öffnung der Hilfselektrode (5) mindestens das Dreifache des Elektronenstrahldurchmessers an der gitterförmigen Elektrode (3) ist.

2. Elektronenstrahlerzeugungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gitter-

förmige Elektrode (3) ein positives Potential von etwa 10 Volt, die Hilfselektrode (5) ein negatives Potential von über 50 Volt und die Anode (4) ein positives Potential von über 10 kVolt aufweisen.

3. Elektronenstrahlerzeugungssystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Querschnitt des Elektronenstrahls an der gitterförmigen Elektrode durch die Abmessungen der die Elektronen emittierenden Kathodenoberfläche bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zur Unterdrückung der Störungen durch Randeffekte eine Schirmelektrode (6) vorgesehen ist, die die Kathode (2) eng umgibt.

4. Elektronenstrahlerzeugungssystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem die die Elektronen emittierende Kathodenoberfläche größer als der Elektronenstrahlquerschnitt an der gitterförmigen Elektrode ist, dadurch gekennzeichnet, daß die den Querschnitt des Elektronenstrahls bestimmende Öffnung der gitterförmigen Elektrode (9) in einer Metallplatte (10) angeordnet ist, die dünner als ein Zehntel des Elektronenstrahldurchmessers an dieser Stelle und auf einem Gitterrahmen (11) befestigt ist, dessen öffnung derart groß ist, daß der Abstand zwischen dessen Rand und dem Elektronenstrahl mindestens das Zweifache der Stärke des Materials des Gitterahmens (11) beträgt.

5. Elektronenstrahlerzeugungssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der gitterförmigen Elektrode (3, 9) und der Kathodenoberfläche etwa 100 Mikron, der Abstand zwischen der gitterförmigen Elektrode (3, 9) und der Hilfselektrode(S) 650 Mikron und der Abstand zwischen der Kathodenoberfläche und der Anode (4) 5 mm beträgt und daß die Durchmesser der Öffnungen der gitterförmigen Elektrode (3) 400 Mikron, des Gitterrahmens (11) und der Hilfselektrode (5) je 2 mm betragen.

Tn Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2 644 906, 2 975 315.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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