DE1464573A1 - Hochempfindliche Kathodenstrahlroehren mit Spiralnachbeschleunigung - Google Patents

Description

DipUng. W.J CHpL-In* HL Tischet Berlin-Grunewald ir. a .UA. η it*

I 4 Sep.1963

IZZÖllMPA ÄS VILLiMOSSlGI HSSZVtlTYTÄHSASÄß Budapest IT (üjpest), Vücl-ofe 77* Uiigara.

Hochempfindliche Kathodenstrahlröhren mit Spiralnachbe achleunigimg

272/8Q4-C

Die Erfindung !»trifft eine hochempfindliche Kathodenstrahlröhre, welche «ur Brhöhaing der Ataenkempfindlichkeit tos Oaaüio^pr^henröhreii und zaxr aieherung: der ühahhängi^tee der Ablenkempfindlichkeit vom lfachheechleunigtingapotential dient«

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Die modernsten Oszillographenröhren müssen zwei von einander grundsätzlich verschiedenen Ansprüchen entsprechen, undzwar einer möglichst hohen Ablenkempfindlichkeit und einer grossen Schreibgeschwindigkeit· Diese beiden Ansprüche sind einander entgegengesetzt, nachdem die Ablenkempfindlichkeit mit dem Beschleunigungspotential in umgekehrtem Verhältnis steht, die Schreibgeschwindigkeit steht dagegen mit dem Beachleunigungspotential in geradem Verhältnis, d.h. sie erhöht sich - in Anbetracht der Spannungsabhängigkeit des Lichtpulverwirkungsgrades - sogar die linearen Verhältnisse übertreffend, in der Funktion des Beschleunigungspotentials· Diese Sntgegengesetzjheit führte zur Entwicklung der sogenannten nachbeschleunigten Typen der Kathodenstrahlröhren·

Gegenstand der Erfindung ist eine hochempfindliche Kathodenstrahlröhre mit Spiralnachbeachleunigung, welche über eine Abachiraelektrode, erste und zweite Ablenkplattenpaare und über einen Schirm verfügt* Die Erfindung besteht darin, dass die Spiralnachbeschleunigung sich in 80-lOOjC nur auf einen kleinen Seil des Kolbens der Röhre erstreckt und ie durch die Hachbeschleunigungsspirale umgebenen Raum wenigstens eine, hinter dem zweiten Ablenkplattenpaar angebrachte, dem Beachleunigungspotential angeachlaaaene Abschimelektrode angeordnet ist·

Die erfindungageaäase Kathodenstrahlröhre kamt auch ao auagaführt werden, daaa die Spiralnachbeachletmtgnng sich auf das 10-30)1 der Entfernung zwischen den «weiten Ablenkplarttenpaaor und dem Schirm erstreckt*

Die erfindungsgeaäase Kathodenstrahlröhre kann weitere auch derart ausgeführt warten» daaa die Abschiraelaktrode In dam 10-50* des gegen da· AblenkayateB liegenden Taldteilea

^{BA D 0RIGINAL}

angeor<*"*«»t ist.

Nach einer >eiteren erfindungsgemässen AusfUhrungsform

ist der restliche Teil des -Kolbens mit einer zweiten Nacbbeschleunigungaspirale überzogen, mittels deren die Schreibgeschwindigkeit der Röhre bei gleichzeitiger Verminderung der Ablenkempfindlichkeit erhöht werden kann«

Me Kathodenstrahlröhre kann auch in einer solchen Form ausgebildet werden, dass die Nachbeschleunigungsspirale aus zwei Teilen von verschiedener Gewindesteigung und von verschiedenen Widerständen besteht, der Anschlusspunkt dieser Teile zweckmäasig mit einer separaten Abzapfung versehen ist, welche Abzapfung als Verbindung eines, die Kompensierung der Herstellungestreue des Spiralwiderstandes erfüllenden Verteilerwiderstandes dient, wobei der Widerstand des in Richtung der Ablenkplatten liegenden Spiralteiles /also des Teiles von kleinerem Umfang und Gewindesteigung aber von hohem Widerstand/ einen Bruchteil von 0,7 bis 0,9 des gesamten Spiralwiderständea beträgt.

Sie Abschirmelektrode kann auch aus einem auf galvanischem Wege hergestellten Metallnetz, vorteilhaft von einer optischen Durchlassfähigkeit von 50-90 Jt, bestehen«

Die Abschirmelektrode der erfindungsgemässen Kathodenstrahlröhre kann auch so ausgeführt werden, dass sie ein nach der in der Radiotechnik üblichen Technologie verfertigtes, gespanntes, in einer kreisförmigen Elektrode angebrachtes Rahmengitter von grossen Ausmass ist, vorteilhaft von einer optischen Durchlassfähigkeit von 50-90 %.

Die Abschirmelektrode kann auch aus einer Metallfolie von einer elektronendurchlassfähigen Feinheit gebildet werden.

Fig. 1 stellt die in den allererst hergestellten Röhren

8 0 9 8 0 9-/3) 9 3 8

mit einstufiger Nachbeschleunigung entstandenen Verhältnisse dar. Im Inneren des Kolbens der Kathodenstrahlröhre wird der übliche Graphitüberzug in zwei Teile geteilt, wobei der Teil 2 - welcher die Ablenkplatten überragt - dem Beschleunigungspotential /Anode/ angeschlossen und durch einen aus Material nit grosser Widerstandsfähigkeit hergestellten Streifen 3 von der zur Nachbeschleunigung dienenden Elektrode 4 getrennt ist· Die Linien 5 bezeichnen die ßquipotentionellen Flächen des auf Wirkung dieser beiden Elektroden entstehenden Kraftfeldes. Auf Wirkung der sich so bildenden Sammellinse ändert sich die ursprüngliche Linie 6 des durch das Ablenkplattenpaar 9 abgelenkten Elektronenstrahls der gestrichelt gezeichneten Linie 7 entsprechend und somit wird die auf dem Leuchtschirm 8 entstehende Ablenkung vermindert· Sei dieser Konstruktion verringert sich die Ablenkempfindlichkeit gegenüber dem Zustand ohne Nachbeschleunigung beträchtlich und das Verhältnis des Beschleunigungs- und des Ifcchbeachleunigungspotentials kann höchstens 1:2 oder 1 : 2,5 betragen· Bei einem höheren Nachbeschleunigungsverhältnis als dieses erhöht sich der Grad der Bildverzerrung wesentlich· Die Ablenkempfindlichkeit hängt in grossem Masse auch von der Höhe des Nachbeschleunigungspotentials ab, demzufolge sind - falls das mit solchen Röhren verfertigte Oszilloskop geeicht werden soll - die Speisestromquellen sowohl des Beschleunigungspotentials wie auch des Nachbeschleunigungspotentiale zu stabilisieren·

Fig· 1 b veranschaulicht die Gestaltung der Verhältnisse in einer schon wesentlich besseren Ausführung der Röhren mit Spiralnachbeschleunigung· Die Nachbeschleunigungsspirale 10 wird hier im Inneren des Kolbens in Spiralform nach oben geführt, wobei das eine, in Richtung der Ablenkplatten liegende

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Ende 11 der Spirale dem Beschleunigungspotential /Anode/ und das andere,, an der Schirmseite liegende Ende 12 dem Nachbeschleunigungspotential angeschlossen ist· Der Vorteil dieser Ausführung besteht darin, dass ein wesentlich höheres Verhältnis - ungefähr Ii 6 - zwischen dem Beschleunigungs- und dem Njbchbeschleunigunspotential zugelassen werden kann, ohne Gefahr einer bedeutenden Bildverzerrung· Die Verminderung der _t, Ablenkempfindlichkeit ist bei einer derartigen Nachbeschleunigung kaum bedeutender, als bei der früher erwähnten Konstruktion von einem Verhältnis von 1 : 2. In dem in yig, 1 b dargestellten lall verläuft- die Nachbeschleunigung nicht einstufig, sondern kontinuierlich längs der Nachbeschleuniguqpspirale. Die Ablenkempflndlichkeit hängt auch in diesem fall vom Masse der angewendeten Nachbeschleunigung ab«

Um die Ablenkempfindlichkeit vom Nachbeschleunigungspotential unabhängig zu richten, wäre es nötig, dass im Inneren des Kolbens der Kathodenstrahlröhre 1 gemäss fig· 2 a - innerhalb des durch die Endstellungen 13 und 14 des Elektronenstrahles begrenzten Baumes - die äquipotentiellen flächen 5 überall senkrecht auf die Strahllinie 13_f 14, 15 des Elektronenstrahles seien, d.h. solche Kugelflächen bilden, deren Mittelpunkt mit dem Ablenkzentrum zusammenfällt· Dies kann aber praktisch nicht verwirklicht werden, nachdem mit den derzeit in Praxis ausführbaren Konstruktionen nur drehsymmmetrische Kraftfelder erzeugt werden können, wogegen gegenüber den modernen Röhren der grundsätzliche Anspruch gestellt wird, über einen flachen Schirm 8 - der selbst eine äquipotentielle fläche bildet - zu verfügen« Diese äquipotentielle fläche kann aber keinesfalls den oben beschriebenen Bedingungen entsprechen·

Weiter« Schwierigkeiten ergeben sich dadurch, dass die

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äquipotentiellen Flächen 5 auch zwischen Sie iblÄnkliatilefr 9 eindringen müssten - was aber physisch unmöglich istw^cDie Lage wird noch dadurch erschwert, dass die zwei Ablenkzentren der doppelge zweigten Ablenkung 16 bzw· 17 - welche auf Wirkung der Ablenkplattenpaare 9 bzw· 19 entstehen - nicht koinzidieren und so kann die gewünschte Kraftfeldverteilung nicht Zustandekommen. In diesem Tall sollten der Vektor 20 ν - welcher die Geschwindigkeit des Elektronenstrahles bezeichnet - und der Vektor 21 Έ der elektrischen Feldkraft - in jedem Punkt gleichgerichtet sein, d.h. dass der Wert des vektoriellen Produktes B χ - welcher mit der Ablenkkraft verhältniagleich ist -

/v/
in jedem Punkt gleichwertig 0 sein sollte, das aber - nachdem

Έ ji I und ν / 0 betragen - nur dann möglich ist, wenn SlI ν ist.

Fig. 2 b zeigt die Prinzipskizze einer bereits ausführbaren Konstruktion, welche die, den äquipotentiellen Flächen entsprechende, effektive /verzerrte/ Strahllinie 23 der Prinzipelektronenstrahllinie 22 darstellt. Sie prinzipielle Funktion der Konstruktion gemäss Fig. 2 b wird wie folgt erläutert: Me effektiv vorhandenen Ablenkzentren 16 und 17 werden durch .ein zwischen diesen beiden Zentren liegendes virtuelles Ablenkzentrum ersetzt, dessen Entfernung von den zwei Ablenksentren in umgekehrtem Verhältnis mit dem zu den Ablenkzentren gehörenden maximalen Ablenkwinkeln steht.

wo I₁ und I₂ die Entfernung zwischen den effektiven und virtuellen Ablenkzentren nach Fig. 2b,

^₁ den sum Ablenkplattenpaar 9 /Ablenkzentrum 16/ gehörenden maximalen Ablenkwinkel und

12 /^{in d#r} Zeichnung nicht dargestellt/ den ium Ablerik-

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plattenpaar 18 /Ablenkzentrum 17/ gehörenden maxiaalen Ablenkwinkel bezeichnet.

Auf Grund dieses virtuellen Ablenkzentrums 24 wird das drehsymmetrische Kraftfeld ausgebildet, welches Kraftfeld die Ablenkempfindlichkeit nicht beeinflusst und auf diese Weise in beiden Richtungen die geringste Ablenkverzerrung und die geringste - also vernachlässigbare - Ablenkempfindlichkeit sabhängigkeit vom Nachbeschleunigungspotential verwirklicht. Theoretisch vermindert sich - auf Wirkung des Nachbeschleunigungspotentials - in diesem Falle die Ablenkempfindlichkeit in geringem Masse in Bezug auf die Ablenkplatten 19· Xn Prinzip wäre - diesem Weg folgend - auch möglich, die Ablenkempfindlichkeit nicht nur aufrecht zu erhalten, sondern im Vergleich mit dem Zustand ohne Bachbeschleunigung, noch zu erhöhen· In diesem Fall wäre aber die Ablenkempfindlichkeit gegen das Kaohbeschleunigungspotential wieder empfindlich und wurde die Spannungefluktuation - da die Ablenkempfindlichkeit sich in zwei Richtungen verschiedenerweise ändert - sogar eine Bildverzerrung verursachen·

Der Einfachheit halber behandeln wir das drehsymmetrieche Feld in Polarkoordinaten, auf Grund eines einzigen Schnittes» wo der Punkt 0 des Koordinatensystems mit dem virtuellen Ablenkzentrum 24» der Strahl 0° mit der Spurlinie des unabgelenkten KLektronenetrahles 15 zusammenfällt, welche Spurlinie wieder mit der Höhrenachse koinzidiert.

In Entfernung r* vom Zentrum des Koordinatensystems, vertikal auf Linie 0, ist eine Abschirmelektrode 22 angeordnet, welche die dem Beschleunigungspotential entsprechende äquipotentielle Fläche U₁ in ihrer Ebene bindet. Mit dieser parallel, in Entfernung r₂ vom Zentrum des Koordinatensystems, befindet sich

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die Spurlinie des Schirmes 8, mittels welcher die dem Nachbeschleunigungspotential entsprechende äquipotentielle Fläche Up auch in diese Ebene verlegt wird« Durch entsprechende Graphitierung des Kolbens wird es erreicht, dass das entstehende elektrostatische Kraftfeld ein derartiges, im Wesen dreifaches, Linsensystem bildet, das sich durch seinen Gesamteffekt nach aussen neutralisiert« Dieses Linsensystem entsteht so, dass hinter der Abschirmelektrode und vor dem Schirm je eine Sammellinse gebildet wird - an diesen Stellen ist nämlich die Krümmung der äquipotentiellen Flächen kleiner, als der aus dem Ablenkzentrum zum. gleichen Funkt gezogene Kreis, bzw· die Krümmung der Kugelfläche. In den dazwischenliegenden Teilen ist dagegen die Krümmung der äquipotentiellen Flächen grosser und so bildet dieser Teil ein Minusglas, das die Wirkung der beiden Sammellinsen kompensiert«

Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist, auf Grund des oben beschriebenen Prinzips eine solche Konstruktion zustandezubringen, die die Ablenkempfindlichkeit der Kathodenstrahlröhren von der die Ablenkempfindlichkeit vermindernden Wirkung der Nachbeschleunigung beschützt und gleichzeitig - gegenüber dem derzeit allgemein benützten Nachbeschleunigungsverhältnis von 1:6- die Anwendung eines wesentlich höheren Nachbeschleunigungsverhältnisses von 1 : 10 bis 1 : 15 ermöglicht.

Von uns ausgeführten Versuche beweisen, dass das gesetete Ziel mit zufriedenstellender Annäherung mit jeder der hier beschriebenen Methoden erreichbar ist. Gemeinsames Kennzeichen dieser verschiedenen Methoden ist das Verfahren, wonach die Nachbeschleunigung /oder wenigstens deren grösster Teil/ auf einen kleinen Abschnitt der Elektronenlinie beschränkt wird· In Fig. 3 a wird eine ausführbare Variation der erfindungs-

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rf π 9 λ ii μ /η a λΒ

gemessen lachbeschleunlgung der Kathodenstrahlröhre dargestellt, wo la Inneren des Kolbens der Kathodenstrahlröhre 1 die Nachbeschleunigungselektrode 4 mehr als gewöhnlich in Richtung der Ablenkplatten vordringt /ungefähr um 65-85 % der Entfernung des Schirmes 8 vom zweiten Ablenkplattenpaar 9/ /Bezeichnung in der Figur: D/A 2 0,65 bis 0,85/ und sich einer kurzen Nachbeschleunigungsspirale 10 von kleiner Gewindesteigung anschliesst, deren unteres Ende mit dem Beschleunigungspotential /Anode/ verbunden ist. Sie Ausmasse:, dieser Beschleunigungsspirale 10 werden so gewählt, dass E/A = 0,1 bis 0,25, ^do/^än - ¹^^{2 bis}

β, * dp 1,5 und E/d^ = 0,4 bis 0,7 betragen, wo dj, = -^-g—£ ist. In diesem von der Nachbeschleunigungsspirale umfangenen Raum ist die AbsehirmeleVtrode 22 derart angeordnet, dass C/E <= 0,1 bis 0,5 sei. Das Verhältnis des äusseren Diameters d- der Abschirmelektrode und des in der Ebene der Abschirmelektrode gemessenen Diameters d. des Ballons ist: d„/d- = 0,55 bis 0,7· Die Elektronendurchlassfläche der Abschirmelektrode ist in beiden Richtungen um 20r-40 % grosser, als die durch die Elektronen bestrichene Fläche.

Die Abschirmelektrode 22 ist durch einen zylindrischen Elektrodenteil 24 mit den Ablenkplatten verbunden· Das Diameter der Elektrode 24 ist mit dem Diameter des offenen Endes des Ablenkplattenpaares ungefähr gleich dimensioniert. Die Entfernung der Ebene der Elektronendurchlassfläche der Abschirmelektrode 8 vom Ende des Ablenkplattenpaares 9 entspricht der Abmessung des Diameters des Ablenkplattenpaares 9, wogegen die Längeabmessungen der zylindrischen Elektrode 24 ungefähr 50 - 70 % dieser Entfernung betragen. Unter "gleichen Abmessungen" sind Abweichungen von höchstens + 15 % verstanden«

Die Ablenkempfindlichkeit der nach den obigen Prinsipen

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ausgeführten Kathodenstrahlröhre ist in einem für die Praxis zufriedenstellenden Masse unabhängig vom Werte des verwendeten Ifachbesehleunigungspotentials und die Abweichungen entsprechen ia allgemeinen der Grössenordnung der Vermessungsfehler· Bei diesen Röhren kann das Nachbeschleunigungsverhältnis von 1 : 10 bis 1 : 15 angewendet werden, ohne Gefahr der Bildverzerrung oder einer Defokussierung·

Fig. 3 b stellt eine andere mögliche Ausführungsform der nachbeschleunigung der erfindungsgemässen Kathodenstrahlröhre dar· Biese unterscheidet sich von den früher beschriebenen dadurch, dass die Nachbeschleunigungsspirale 10 aus. zwei Teilen 25 und 26 besteht, von welchen der mit kleiner Gewindesteigung ausgeführte Spiralteil 25 von hohem Widerstand einen Raum von gleichem Ausmass eixmimt, wie die ganze, in Fig· 3 a dargestellte Nachbeschleunigungsspirale 10« Der Teil 26, dessen Widerstand ungefähr das 10-20 Jt des Widerstandes des Spiralteiles 25 beträgt, - erstreckt sich in einem, der Nachbeschleunigungselektrode 4 g4mäs8 Fig· 3 a entsprechenden Raum· Sie Gewindesteigung des Spiralteile 26, sowie die Breite der die Spirale bildende Widerstandsschichte betragen das mehrfach· des gesamten Spiralteils 25«

Am Anschluss 27 der zwei Spiralteile läuft ein Graphitstreifen um, welcher vom Kolben hinausführt und mittel· .· eine· auswärtigen Verteilers die Aufgabe erfüllt, da· Verhältnis der Spannungen der beiden Nachbeschleunigungespiralteile in gleichem Verhältnis zu halten.

Das Verhältnis der Entfernung C/E soll zwischen 0,2 bis 0,6 gewählt werden. Diese Lösung ist besonder« bei Röhren von kleineren Auemassen zweckmäsaig· Xn diesem Fall· - wenn die Schreibgeechwindigkeit noch weiter zu erhöhen iat - kann die

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Verwendung eines höheren Nachbeschleunigungspotentials zugelassen werden, was aber wieder zur Verschlechterung der Ablenkempfindlichkeit führt.

Bei Kathodenstrahlröhren von grösseren Ausmassen und höherer Leistung können die Nachbeschleunigungsspiralteile und 26 auch ait gleichem Widerstandswert ausgeführt werden. In diesem Falle aber - wenn die Ablenkempfindlichkeit maximal ausgenützt werden soll und der Speiser der Nachbeschleunigung nicht stabilisiert ist - müssen die zwei Abzapfungen der Nachbeschleunigungsspirale 26 einander angeschlossen werden /dies ist die normale Form der Benützung/· Wenn aber eine höhere als die so erreichbare Schreibgeschwindigkeit erforderlich ist, und die Verminderung der Ablenkempfindlichkeit kein Problem verursacht, so kann längs der Spirale 26 ein weiteres Nachbeschleunigungspotential verwendet werden, welches aber in diesem Fall das längs der Spirale 25 entstehende Nachbe-8chleunigungspotential nicht übersteigen darf. Wenn die Ablenkempfindlichkeit des Oszillographen geeicht werden soll, so müssen beide Nachbeschleunigungepotentiale stabilisiert werden·

Die Blektronendurchlassfläche der Abschirmelektrode kann aus einem Rahmengitter von grossem Ausmass, oder aus einem gemass Fig· 3 a gespannten, galvanoplastisch hergestellten Metallnetz 28 bestehen, oder vielleicht auch aus einer ähnlicherweise gespannten, elektronendurchlassfähigen, sehr feinen Metallfolie·

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Claims (2)

1. 464573

   Iy Hochempfindliche Kathodenstrahlröhre mit Spiralnachbeschleunigung, welche über eine Abschirmelektrode, erste und zweite Ablenkplattenpaare und einen Schirm verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralnachbeschleunigung sich in 80 - 100 £ nur auf einen kleinen Teil des Kolbens der Röhre erstreckt und im durch die Nachbeschleunigungsspirale umgebenen Raum wenigstens eine, hinter dem zweiten Ablenkplattenpaar angebrachte, dem Beschleunigungspotential angeschlossene Abschirmelektrode angeordnet ist.
2. 2. Hochempfindliche Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralnachbeschleunigung sich auf das 10 - 30 % der Entfernung zwischen dem zweiten Ablenkplattenpaar und dem Schirm erstreckt« 3· Hochempfindliche Kathodenstrahlröhre nach Ansprüchen 1-2 dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmelektrode in dem 10 - 50 % des in Richtung des Ablenksystems liegenden Teldteiles angeordnet ist«

   4· Hochempfindliche Kathodenstrahlröhre nach Ansprüchen 1-3 dadurch gekennzeichnet, dass der restliche Teil des Kolbens mit einer zweiten Nachbeschleunigungsspirale überzogen ist, mittels deren die Schreibgeschwindigkeit der Röhre bei gleichzeitiger Verminderung der Ablenkempfindlichkeit erhöht werden kann·

   5· Hochempfindliche Kathodenstrahlröhre nach Ansprüchen 1-3 dadurch gekennzeichnet, dass die Nachbeschleunigungsspirale aus zwei Teilen von verschiedener Gewindesteigung und von verschiedenen Widerständen besteht, der

   Anschlusspunkt dieser Teile zweckmässig mit separater Abzapfung versehen ist, velche Abzapfung als Verbindung eines die Kompensierung der Herstellungsstreue des Spiralwiderstandes erfüllenden Verteilerwiderstandes dient und der Widerstand des in Richtung» ^y der Ablenkplatten liegenden Spiralteiles /also des Teiles von ^)a kleinerem Umfang und Gewindesteigung aber von hohem Widerstand)^ einen Bruchteil von 0,7 bis 0,9 des gesamten Spiralwiderstandes¹ beträgt. ·

   6· Hochempfindliche Kathodenstrahlröhre nach Ansprüchen
   1-5 dadurch ge k e η η ζ e i c h η e t, dass die Abschirmelektrode aus einem auf galvanisdhem Weg hergestellten Metallnetz, vorteilhaft von einer optischen Der^Xa^sfghigkeit von
   50 - 90 Jt, "besteht. ψ/'/'-'. ^

   7· Hochempfindliche Kathodenstrahlröhre ,ρΐΜϊΐΐ Ansprüchen
   1-5 dadurch gekennzeic h-n^V,' dass die Abschirmelektrode ein nach der in der Radioröhrentechnik üblichen
   Technologie verfertigtes, gespanntes, in einer kreisförmigen
   Elektrode angebrachtes Rahmengitter von grossest Ausmass ist,
   vorteilhaft von einer optischen Durchlassfähigkeit von 5O-9OJ*.
   8. . Hochempfindliche Kathodenstrahlröhre nach Ansprüchen
   1-5 dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmelektrode eine Metallfolie von einer elektronendurchlassfähigen Feinheit ist.

   Die Patentanwälte
   DipUlng. W. Meissner HTih

   809809/0

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