DE1237226B - Betriebsschaltung fuer einen Elektronen-vervielfacher als Signalverstaerker - Google Patents
Betriebsschaltung fuer einen Elektronen-vervielfacher als SignalverstaerkerInfo
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J43/00—Secondary-emission tubes; Electron-multiplier tubes
- H01J43/04—Electron multipliers
- H01J43/30—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the tube and not otherwise provided for
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- Processing Of Color Television Signals (AREA)
Description
Nummer: 1237 226
Aktenzeichen: P 28310 VIII c/21 g
Anmeldetag: 27. November 1961
Auslegetag: 23. März 1967
Die Erfindung betrifft eine Betriebsschaltung für einen Elektronenvervielfacher als Signalverstärker
mit einer Reihe aufeinanderfolgender Vervielfacherstufen, die jeweils von zwei aufeinanderfolgenden
Dynoden gebildet werden, denen aus einer Vorspannungsquelle Beschleunigungsspannungen zugeführt
werden, wobei in der Spannungszuführleitung zu einer der Dynoden (Regeldynode) ein Widerstand zur
Erzielung einer automatischen Verstärkungsregelung vorgesehen ist, dessen Spannungsabfall sich zu der
äußeren Vorspannung auf der der Regeldynode voraufgehenden Dynodenstrecke addiert und damit bei
starken Eingangssignalen die Elektronenlaufzeit in dieser Dynodenstrecke verkürzt. Bei diesen Elektronen
vervielfach ern treten unterschiedliche Elektronengeschwindigkeiten auf, so daß unterschiedliche
Übergangslaufzeiten zwischen aufeinanderfolgenden Elektroden zu Phasenänderungen in dem Signal
führen.
Bekanntlich weist ein Elektronenvervielfacher eine Kathode, welche Primärelektroden emittiert, sowie
mehrere in Abständen angeordnete, Sekundärelektronen emittierende Elektroden auf, die als Dynoden
bezeichnet werden und auf deren erste die von der Kathode kommenden Primärelektroden aufprallen;
ferner ist eine Anode vorgesehen, welche die Sekundärelektronen emittierenden Elektrode aufnimmt
und von welcher das Ausgangssignal abgeleitet wird. An den Sekundärelektronen emittierenden Elektroden,
die aufeinanderfolgende Vervielfacherstufen darstellen, liegen Beschleunigungsspannungen.
Üblicherweise ist eine automatische Verstärkungsregelung in dem Elektronenvervielfacher erwünscht.
Dies kann in der Weise geschehen, daß wenigstens ein Widerstand in Reihe mit einer der Sekundärelektronen
emittierenden Elektroden vorgesehen wird, was jedoch eine Phasenverschiebung in dem
Signal veranlaßt. In allen Fällen, in denen eine außerordentlich genaue Phasenlage des Signals erforderlich
ist, ist diese Phasenverschiebung sehr unerwünscht.
Ein Beispiel für ein derartiges System, in welchem eine Phasenverschiebung des Signals äußerst unerwünscht
ist, stellt ein Farbfernsehempfänger dar, bei welchem zur Farbbilderzeugung eine Kathodenstrahlröhre
vom Indextyp Verwendung findet. Bei der bevorzugten Ausführungsform einer derartigen
Röhre sind auf dem Schirm die das Farbbild erzeugenden Streifen sowie Indexstreifen vorgesehen, .auf
welche die Elektronen im Verlauf der zeilenweisen Abtastung des Schirms quer über die Streifen hin
auftreffen. Die Indexstreifen dienen der Erzeugung Betriebsschaltung für einen Elektronenvervielfacher
als Signalverstärker
Anmelder:
PhiIco Corporation,
eine Gesellschaft nach den Gesetzen
des Staates Delaware, Philadelphia, Pa. (V. St. A.)
PhiIco Corporation,
eine Gesellschaft nach den Gesetzen
des Staates Delaware, Philadelphia, Pa. (V. St. A.)
Vertreter:
Dipl.-Ing. C. Wallach, Patentanwalt,
München 2, Kaufingerstr. 8
München 2, Kaufingerstr. 8
Als Erfinder benannt:
Melvin Leonard Erickson, Ivyland, Pa. (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 29. November 1960
(72450)
V. St. v. Amerika vom 29. November 1960
(72450)
eines Indexsignals, das zur zeitlichen Koordination zwischen Strahlstellung und -modulation dient; eine
derartige Koordination ist für die richtige Farbwiedergabe bei der Erzeugung des Farbbildes wesentlich.
In einem derartigen System gibt die Phase des Indexsignals die Strahlstellung wieder, und es kann
daher keinerlei nennenswerte Phasenverschiebung des Indexsignals hingenommen werden, da sie einen
merkbaren Fehler im Farbbild verursachen würde.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform eines derartigen Systems emittieren die Indexstreifen beim
Auftreffen von Elektronen unsichtbare Strahlung, und zur Umwandlung dieser Strahlung in ein elektrisches
Signal dient ein Elektronenvervielfacher mit Photokathode. Um ein Indexsignal von im wesentlichen
konstanter Amplitude zu erhalten, ist — wie bereits erwähnt — eine automatische Verstärkungsregelung
in dem Elektronenvervielfacher erwünscht. Dies führt jedoch zu einer Phasenänderung des Signals,
die in diesem Falle äußerst unerwünscht ist.
Wie oben bereits erwähnt, werden in einem Elektronenvervielfacher als Signalverstärker an die aufeinanderfolgenden
Elektroden Beschleunigungsspannungen gelegt. Diese Spannungen werden in einfacher
Weise von Anzapfungen eines Spannungsteilers ab-
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genommen, der an einer Gleichspannungsquelle liegt. Legt man zur Erzielung einer automatischen Verstärkungsregelung
einen Widerstand in Reihe mit einer der Sekundärelektronen emittierenden Elektroden,
d. h. zwischen diese Elektrode und ihre zugehörige Spannungsteileranzapfung, so erhöht der Spannungsabfall
an diesem Widerstand die Potentialdifferenz zwischen dieser Elektrode und der vorhergehenden
Elektrode und verringert den Potentialunterschied zwischen dieser Elektrode und der nächstfolgenden
Elektrode. Hierdurch erzielt man zwar eine automatische Verstärkungsregelung, jedoch tritt eine Laufzeitänderung
auf, die eine entsprechende Änderung der Phase des Signals bewirkt.
Bei der Betriebsschaltung werden die erwähnten unerwünschten, mit einer automatischen Verstärkungsregelung
bei Elektronenvervielfachern verbundenen Phasenänderungen im wesentlichen vermieden,
wenn gemäß der Erfindung eine solche Bemessung der Schaltmittel vorgenommen wird, daß die in der zo
der Regelsynode voraufgehenden Dynodenstrecke auftretende Laufzeitverkürzung in den nachfolgenden
Entladungsstrecken bis zur Anode im wesentlichen ausgeglichen wird.
Durch diese einfache Maßnahme wird erreicht, daß die mit einer automatischen Verstärkungsregelung
bei Elektronenvervielfachern bisher verbundenen Phasenänderungen des verstärkten Signals zuverlässig
vermieden werden.
Dabei kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, daß zur
Vermeidung von Phasenänderungen des zu verstärkenden Signals die Parameter des Elektronenvervielfachers,
der Vorspannungsschaltung und des an der Regeldynode liegenden Widerstands so gewählt sind,
daß sich für die beiden Verstärkungsstufen bzw. Dynodenstrecken, welchen die Regeldynode gemeinsam
ist, gleiche Elektronenlaufzeiten ergeben.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung für einen Elektronenvervielfacher mit
wenigstens drei in Abständen angeordneten Dynoden, deren mittlere die Regeldynode darstellt, mit welcher
der Widerstand verbunden ist, ist die Betriebsschaltung dabei so bemessen, daß die Parameter des Elektronenvervielf
achers, der Vorspannungsschaltung und des Widerstands die Beziehung
d± = f Ei + IR
d2 ]/E2 - IR
d2 ]/E2 - IR
50
erfüllen, worin d1 den Abstand zwischen der ersten und der zweiten oder Regeldynode, d2 den Abstand
zwischen der zweiten oder Regeldynode und der dritten Dynode, E1 die äußere Vorspannung zwischen
der ersten und der zweiten Dynode, E2 die äußere Vorspannung zwischen der zweiten und der dritten
Dynode, / den Nennwert des durch den Widerstand fließenden Stroms und R den Wert dieses Widerstands
bedeutet.
Bei einem Elektronenvervielfacher der genannten Art, bei welchem die drei genannten Dynoden in
gleichen Abständen voneinander angeordnet sind und die äußere Vorspannung an der der Regeldynode
voraufgehenden Dynodenstrecke kleiner als die an der auf die Regeldynode folgenden Dynodenstrecke
liegende äußere Vorspannung ist, kann dabei gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
die Bemessung so getroffen sein, daß die
Parameter der Vorspannungsschaltung und des Widerstands die Bedingung
erfüllen, worin E1 die äußere Vorspannung der der Regeldynode voraufgehenden Dynodenstrecke, E2 die
äußere Vorspannung an der auf die Regeldynode folgenden Dynodenstrecke, / den Nennwert des Stromflusses
durch den Widerstand und R den Wert dieses Widerstandes bedeutet.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann auch vorgesehen sein, daß im Anodenkreis
ein zusätzlicher Widerstand vorgesehen ist, welcher die Vorspannung der Anode im Sinne einer
Verlängerung der Laufzeit der auf die Anode auftreffenden Elektronen zur Kompensation der durch
den Widerstand zur Erzielung der automatischen Verstärkungsregelung verursachten vorhergehenden
Laufzeitverkürzung bewirkt.
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen
an Hand der Zeichnung; in dieser zeigt
F i g. 1 ein Schaltschema eines Signalverstärkers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
F i g. 2 eine erläuternde schematische Darstellung,
F i g. 3 ein Schaltschema eines Signalverstärkers gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
In F i g. 1 ist ein Signalverstärker mit einem Elektronenvervielfacher mit Photokathode 10 dargestellt,
wie er beispielsweise in einem Farbfernsehsystem der beschriebenen Art Anwendung finden kann. Der
Elektronenvervielfacher weist eine Photokathode 11, eine Anode 12 sowie eine Reihe von Sekundärelektronen
emittierenden Elektroden, d. h. Dynoden, auf; im gezeigten Ausführungsbeispiel sind sechs derartige
Elektroden vorhanden und mit 1 bis 6 bezeichnet. An den Dynoden liegen Beschleunigungsspannungen,
die von den Anzapfpunkten eines Spannungsteilers abgenommen werden, welcher die in
Reihe liegenden Widerstände 13 bis 19 umfaßt. Der Spannungsteiler liegt in Reihe mit einer Gleichspannungsquelle,
welche durch die Batterie 20 wiedergegeben ist.
Im Betrieb emittiert die Photokathode 11 beim Auftreffen von Licht Primärelektronen. Infolge der
räumlichen Anordnung der ersten Dynode 1 und der an dieser liegenden Beschleunigungsspannung treffen
die Primärelektronen auf diese Dynode auf und veranlassen sie zur Emission einer vervielfachten Anzahl
von Sekundärelektronen. Diese Sekundärelektronen werden aufeinanderfolgend unter der Wirkung der an
den anderen Dynoden liegenden Beschleunigungsspannungen auf diese gezogen. In jeder Dynodenstufe
findet eine Vervielfachung statt, derart, daß der Gesamtvorgang aus einer Reihe von Vervielfachungen
je nach der Anzahl der Dynodenstufen besteht. Das verstärkte Signal wird an der mit der Anode 12 verbundenen
Induktivität 21 abgenommen.
Zur Erzielung einer automatischen Verstärkungsregelung ist in der zu der Dynode 5 führenden Anzapfleitung
ein Widerstand 22 vorgesehen. Dies bewirkt, wie ohne weiteres ersichtlich, eine automatische
Verstärkungsregelung durch Änderung der zwischen den Dynoden 5 und 6 liegenden Beschleunigungsspannungen.
Hier wird aber auch die er-
Claims (1)
- 5 6wähnte unerwünschte Phasenverschiebung in das Si- Zur Abgleichung der Laufzeiten zwischen dengnal eingeführt, wie nun im folgenden beschrieben Dynoden 4 und 5 einerseits und den Dynoden 5werden soll. und 6 andererseits gibt man den Widerständen 17Normalerweise sind die an dem Spannungsteiler und 18 solche Werte, daß E1 kleiner als E2 wird,abgenommenen Spannungen im wesentlichen gleich, 5 Sodann wählt man den Widerstand 22 für den Nenn-um gleiche Potentialdifferenzen zwischen den aufein- wert des Stroms I, so daß die an ihm abfallendeanderfolgenden Dynoden zu erhalten. Bei Einbe- Spannung IR gleich der Hälfte aus der Differenz derZiehung des Widerstandes 22 jedoch werden die Spannungen E2 und E1 wird.Potentialunterschiede zwischen den Dynoden 4 und 5 In F i g. 3 ist eine andere Ausführungsform darge- und zwischen den Dynoden 5 und 6 durch die an dem io stellt, bei welcher die unerwünschte Phasenverschie-Widerstand 22 abfallende Gleichspannung verändert. bung auf andere Weise im wesentlichen ausgeschal-Diese letztgenannte Spannung setzt sich mit der an tet wird. Die an dem Widerstand 22 a abfallende dem Widerstand 17 liegenden Spannung additiv, mit Spannung verringert die Laufzeit zwischen den der an dem Widerstand 18 liegenden jedoch subtrak- Dynoden 4 und 5 und verursacht eine Phasenvertiv zusammen; sie erhöht daher die Potentialdifferenz 15 Schiebung. In diesem Fall wird nun jedoch der zwischen den Dynoden 4 und 5 und verringert die Widerstand 18 a wesentlich kleiner als der Wider-Potentialdifferenz zwischen den Dynoden 5 und 6. stand 17 a, beispielsweise etwa halb so groß wie der Dies bewirkt eine Abnahme der Laufzeit zwischen Widerstand 17 a, gewählt. Die Spannung an dem den Dynoden 4 und 5 und eine Zunahme der Lauf- Widerstand 18 α ist daher so klein, daß, nach Abzug zeit zwischen den Dynoden 5 und 6. Die Laufzeit 20 der an dem Widerstand 22 a abfallenden Spannung, zwischen zwei aufeinanderfolgenden Dynoden ist die an der Dynode 6 liegende Spannung so klein wird, durch die Beziehung daß sie die Elektronen nicht mehr anzuziehen ver-d mag; diese werden vielmehr, an der Dynode 6 vorbei,t = K .—. (1) direkt zu der Anode 12 gezogen.ι 25 Zur Kompensation bzw. Aufhebung der durch den gegeben, worin t die Laufzeit, K eine Konstante, d Widerstand 22 a bewirkten Phasenverschiebung ist den Abstand zwischen den Dynoden und V die zwischen Anode 12 und Masse ein Widerstand 23 Potentialdifferenz zwischen den Dynoden bedeutet. vorgesehen. Dieser Widerstand beeinträchtigt die Da d konstant ist, ist die Laufzeit umgekehrt propor- Wirkung der automatischen Verstärkungsregelung tional der Quadratwurzel aus der Potentialdifferenz 30 nicht. Die an dem Widerstand 23 infolge des diesen zwischen den Dynoden veränderlich. Die Laufzeiten durchfließenden Stroms abfallende Spannung stellt zwischen den Dynoden 4 und 5 einerseits und den eine negative Vorspannung für die Anode dar und Dynoden 5 und 6 andererseits sind daher umgekehrt erhöht dadurch die Laufzeit zwischen der Dynode 5 proportional zu der Quadratwurzel aus den betref- und der Anode, wodurch die Verringerung der Laufenden Potentialdifferenzen veränderlich. Als Ergeb- 35 zeit zwischen den Dynoden 4 und 5 kompensiert nis dieser Laufzeitänderungen gelangt eine Phasen- wird. Der Widerstand 23 ergibt somit eine Kompenverschiebung in das Signal. sation, ohne die automatische Verstärkungsregelung Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform zu beeinflussen. Durch geeignete Wahl der Widerwird diese unerwünschte Phasenänderung im wesent- stände 22 α und 23 kann erreicht werden, daß die liehen durch Wahl geeigneter bestimmter Werte für 40 durch sie bewirkten Phasenverschiebungen einander diejenigen Schaltungselemente, welche der geregelten aufheben.Dynode 5 zugeordnet sind, vermieden. Dies wird im _ . . , . , * r-, 1 · ^ - ^folgenden an Hand von F i g. 2 erläutert, in welcher B? eme* Praktischen Ausführung des m F1 g. 3nur der hier interessierende Teil des Systems darge- gezeigten Ausfuhrungsbeispiels hatten die emzelenstellt ist 45 Schaltelemente folgende Werte:Wie aus Fig. 2 ersichtlich, werden sich dann Widerstand 13a 30kOhmgleiche Laufzeiten zwischen den Dynoden 4 und 5 widerstände 14a bis 17a 15 kOhmeinerseits und den Dynoden 5 und 6 .andererseits er- nrunugeben, wenn das Verhältnis der Entfernungen d± und Widerstand 18 a /,5 kUnmd2 gleich dem Verhältnis der Quadratwurzel aus den 50 Widerstand 19 a 10 kOhmPotentialdifferenzen zwischen den Dynoden 4 und 5 Widerstand 22 a 150 kOhmeinerseits und die Dynoden 5 und 6 andererseits Widerstand 23 47kOhmist. Gibt man die an dem Widerstand 22 liegendeSpannung durch IR wieder, wobei / der durch diesen Man erkennt, daß bei der Ausführungsform nachWiderstand fließende Strom und R sein Widerstands- 55 Fig. 3, in welcher die Elektrode 6 übergangen wird,wert ist, so beträgt die Potentialdifferenz zwischen diese als Vervielfacherstufe unwirksam wird. Manden Dynoden 4 und 5 E1+IR, die zwischen den könnte daher fragen, ob es nicht besser wäre, denDynoden 5 und 6 E2-IR. Für gleiche Laufzeiten Widerstand 22a in Reihe mit der Elektrode 6 zumuß daher die folgende Bedingung erfüllt sein: legen und den Widerstand 18 a gleich groß wie denΛ V 60 Widerstand 17 a zu wählen. Eine derartige Ausfüh-—L _ _1 1^" (2) rung ist jedoch, wie nicht näher ausgeführt wird,d2 }'E2 - IR ' weniger vorteilhaft als die Ausführung nach Fig. 3.Sind, wie dies normalerweise der Fall ist, dx und Patentansprüche:
d, gleich, so ergibt die Auflösung der vorstehenden „ „ x . , , . ... . „, , ^Gleichung nach IR 65 1- Betnebsschaltung fur einen Elektronenver-vielfacher als Signalverstärker mit einer Reihe IR = g ~ 1 . (3) aufeinanderfolgender Vervielfacherstufen, die je-2 weils von zwei aufeinanderfolgenden Dynoden ge-
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