DE1948820A1

DE1948820A1 - Impraegnierte Kathode fuer eine Elektronenstrahlroehre mit einem Steuergitter

Info

Publication number: DE1948820A1
Application number: DE19691948820
Authority: DE
Inventors: Beggs James Emory
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1968-09-26
Filing date: 1969-09-26
Publication date: 1970-04-02
Also published as: FR2063018A1; GB1281913A; US3648096A; NL6914678A

Description

ERHART ZIEGLER

PATENTANWALT
FRAr4KFUKT 70

T)ROLER STRASSE 61-63

POSTFACH 70 0961
TELEFON 0611/61 65 57

70? - (RDCD - I932) General Electric Company, 1 River Road, Schenectady, N.Y., USA

Imprägnierte Kathode für eine Elektronenstrahlröhre mit einem

Steuergitter

Die Erfindung bezieht sich auf Elektronenstrahlröhren, und im besonderen auf eine Kathode für solche Elektronenstrahlröhren, durch deren Ausbildung eine Fokussierung des Elektronenstrahls erreicht wird.

In Leistungstrioden für Mikrowellenfrequenzen müssen die Abstände zwischen der Kathode und dem Steuergitter notwendigerweise groß sein, da die Kapazitäten zwischen den einzelnen Elektroden bei solchen Röhren klein sein müssen. Um nun trotz dieser großen Abstände einen ausreichend hohen Anodenstrom erzielen zu können, werden die Steuergitter solcher Trioden mit einer relativ hohen positiven Vorspannung betrieben. Dann besteht jedoch die Gefahr, daß während der positiven Amplituden der Steuerspannung Gitterstrom fließt.

Nun ist eine Elektronenstrahlröhre bekannt geworden, bei der der Elektronenstrahl dadurch fokussiert wird, daß die Kathode mit einer kleinen Pokussierungselektrode versehen ist, deren Vor-

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spannung sich automatisch einstellt. Der Abstand zwischen der Kathode und dieser Pokussierungselektrode ist sehr gering, und die Elektrode ist mit der Kathode elektrisch verbunden. Die Kathode weist eine niedrige und die Pokussierungselektrode weist eine hohe Ablösearbeit auf, so daß sich zwischen der Pokussierungselektrode und der Kathode von selbst eine negative Potentialdifferenz einstellt, wenn die Pokussierungselektrode etwa auf der Kathodentemperatur betrieben wird. Dadurch wird-die Fokussierungselektrode auch sauber gehalten. Es hat sich herausgestellt, daß eine solche Kathodenanordnung dazu beiträgt, den Gitterstrom eines Steuergitters auf einen niedrigen Wert herabzusetzen, das gegenüber der Kathode ein positives Potential aufweist.

Die Erfindung beinhaltet nun eine Kathode, die zwei verschiedene Kontaktpotentiale aufweist. Diese Kathode wird so hergestellt, daß man nach der Justierung des Steuergitters durch das Steuergitter einer Elektronenstrahlröhre hindurch auf die Kathode einen Stoff aufdampft, der die Ablösearbeit der Kathode gegenüber den nicht bedampften Kathodengebieten herabsetzt. Hierzu kann man Osmium oder Iridium verwenden. Dieser aufgedampfte Stoff setzt nicht nur die Kathodenemission herauf, sonder schafft auch eine Potentialdifferenz, durch die die Elektronen besser auf die öffnungen des Steuergitters fokussiert werden. Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, das Steuergitter in einem nur geringen Abstand von der Kathode anzuordnen, da dann die Wirkung der fokussierenden Potentialdifferenz größer wird.

Im folgenden soll die Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen im einzelnen beschrieben werden.

Figur 1 ist ein vergrößerter Schnitt durch einen Teil einer Elektronenstrahlröhre, bei der die erfindungsgemäßen Maßnahmen angewendet sind. ' ' ..

Figur 2 ist eine vergrößerte Aufsicht auf einen Teil der Kathode der Elektronenstrahlröhre nach Figur 1.

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Pigur 3 ist ein Querschnitt durch eine Triode mit einer erfindungsgemäßen Kathode. Die Elektrodenabstände sind übertrieben groß dargestellt.

In der Figur 1 ist eine Kathode 1 dargestellt, die in einem Kathodenzylinder 2 sitzt, der mit einem Kontaktring 3 verbunden ist. Die Kathode kann eine bekannte imprägnierte Wolframkathode sein, bei der als elektronenemittierendes Material Barium-Calzium-Aluminat oder Barium-Calzium-Wolframat verwendet wird. Die Kathode wird mittels des Heizelementes 4 auf die Betriebstemperatur gebracht, das durch die Zuleitung 5 einerseits und den Kontaktring 3 andererseits mit Strom versorgt wird. Der Kathode 1 dicht gegenüber ist ein Maschengitter· 6 angeordnet. Das Gitter 6 weist verhältnismäßig dünne, in einer Richtung verlaufende Drähte 7 und senkrecht dazu verlaufende, stärkere Drähte 8 auf, so daß die Gitteröffnungen rechteckig oder quadratisch sind. Die Gitterdrähte sind an einen Gitterring 9 hart angelötet worden, der seinerseits an einen Ring 10 angeschweißt ist, über den der elektrische Anschluß zum Gitter hergestellt werden kann. Zwischen dem Kontaktring 3 und dem Ring 10 ist ein keramischer Isolator angeordnet, und alles ist auf bekannte Weise vakuumdicht verlötet.

Bei der Montage wird die Kathode 1 zuerst an den Kathodenzylinder 2 angeschweißt, der aus einem dünnen Hafniumblech oder einem anderen geeigneten Material hergestellt sein kann. Der Kathodenzylinder wird dann seinerseits mit dem Kontaktring 3 verschweißt. Hierbei muß man darauf achten, daß die obere Oberfläche der Kathode 1 in vorgegebener Weise über den Ring 10 herausragt. Der Gitterring 9, der so dick ist, daß die an ihm angelöteten Gitterdrähte gringfügig oberhalb der Kathode angeordnet werden können, wird nun auf den Ring 10 hart aufgelötet. Auf diese Weise ist das Gitter noch vor dem Bedampfen der Kathode in seiner endgültigen Stellung der Kathode gegenüber fixiert.

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Nun wird durch die öffnungen des Gitters 6 ein Material auf die Kathode aufgedampft, das die Ablösearbeit an der Kathode dort, wo es sich niederschlägt, herabsetzt, so daß auf der Kathodenoberfläche Aufdampfgebiete 12 entstehen, die genau mit den Gitteröffnungen übereinstimmen. Wenn ein Metall mit einer hohen Ablösearbeit wie beispielsweise Osmium oder Iridium auf der Oberfläche der imprägnierten Kathode abgeschieden wird, wird dadurch die Ablösearbeit an der Kathodenfläche selbst um etwa 0,2 Volt herabgesetzt. Zum Aufdampfen wird eine Perle des aufzudampfenden Materials (nicht gezeigt) oberhalb des Gitters angeordnet und auf übliche Weise erhitzt. Der entstehende Dampf breitet sich geradlinig nach unten aus und schlägt sich durch die Gitteröffnungen hindurch auf der Kathode nieder, so daß Aufdampfgebiete 12 und die Gitteröffnungen genau überein stimmen.

Die Figur 2 zeigt nun vergrößert einen Teil der Kathode 1, nachdem die Aufdampfung erfolgte. Mit "13" ist der poröse Wolframkörper der Kathode bezeichnet, während "Ik" das emittierende Material bedeutet, mit dem der Wolframkörper getränkt ist. Die rechteckigen Aufdampfgebiete auf der Kathode 1 sind mit "12" bezeichnet worden. Die Ablösearbeit in den unbedampften Gebieten hält ihren ursprünglichen höheren Wert bei, während die Ablösearbeit in den bedampften Gebieten 12 den neuen, niedrigeren Wert annimmt. Bei Elektronenröhren, bei denen der Abstand zwischen der Kathode und dem Steuergitter sehr gering ist und beispielsweise nur 0,025 mm oder weniger beträgt, führt diese negative Potentialdifferenz von 0,2 Volt in den unbedampften Gebieten unterhalb der Gitterdräht bereits auf eine Fokussierung des Elektronenstromes, durch die der Gitterstrom merklich herabgesetzt wird. Weiterhin wurde gefunden, daß die Elektronenemission von den bedampften Gebieten 3 bis vier Mal größer als von den unbedampften Gebieten unterhalb der Gitterdrähte ist. Dieses muß als zusätzlicher Vorteil der Maßnahme betrachtet werden, die Kathode unterhalb der Gitteröffnungen mit einem entsprechenden. Überzug zu versehen.

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In manchen Fällen kann es wünschenswert sein, zuerst auf die gesamte Kathode ein Material aufzudampfen, dessen Oberfläche sauber bleibt, wenn die Kathode bei erhöhten Temperaturen betrieben wird. (Dieses ist nicht dargestellt). Titan, Zirkon, Platin oder ein nichtemittierender Stoff wie Molybdänkarbid sind hierfür als Beispiele genannt. Wenn anschließend durch die Gitteröffnungen hindurch Osmium oder Iridium auf die Kathode aufgedampft wird, bildet sich eine wesentlich größere Potentialdifferenz aus, so daß der Elektronenstrom von der Kathode wesentlich besser fokussiert wird.

Die Figur 3 ist ein Querschnitt durch eine als Triode ausgebildete Elektronenstrahlröhr mit einer erfindungsgemäßen Kathode. Die Heizleitung 5 ist mit einem Kontakt 16 verbunden, der auf bekannte Weise vakuumdicht an einem keramischen Isolator 17 angelötet ist, der seinerseits unten am Kontaktring 3 befestigt ist. Eine verhältnismäßig massive Anode 18 mit einer ebenen Flähe 19, die der Kathode 1 gegenüber steht, ist vakuumdicht an einen Anodenring 20 angelötet, der seinerseits mittels eines keramischen Isolators 21 und eines Rings 22 mechanisch mit dem Ring 10 verbunden ist.

4an hat gefunden, daß durch.die Bedampfung der Kathodenoberfläche mit Osmium oder Iridium nicht nur die Emission erhöht wird, sondern daß auch ein Potential geschaffen wird, das eine Fokussie-

ung der Elektronen durch die Gitteröffnungen hindurch bewirkt. Die Bedampfung der Kathode wird erst nach der endgültigen Mon-

age des Steuergitters durchgeführt, so daß nur diejenigen Kathodengebiete bedampft werden, die unmittelbar unter den Gitterffnungen liegen. Dadurch wird erreicht, daß die Emission direkt unter den Gitterdrähten geringer ist und daß sich zwischen den jedampften und den unbedampften Kathodengebieten eine Potentialdifferenz von etwa 0,2 Volt ausbildet. Durch diese Potentialdiferenz werden die emittierten Elektronen abgelenkt, so daß sich Blektronenstrahlen bilden, die leichter durch die Gitteröffnungen lindurch laufen. Diese fokussierende Wirkung ist nicht sehr groß.

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Ihre Wirkung ist jedoch bei geringen Gitter-Kathoden-Abständen recht erheblich.

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Claims

Patentansprüche

Ij Elektronenstrahlröhre mit einem Steuergitter und einer Kathode, die als imprägnierte Kathode ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die unterhalb der öffnungen des Steuergitters liegenden Gebiete der Kathode mit einem Oberzug aus einem Material überzogen sind, durch das die Ablösearbeit gegenüber den nicht überzogenen Kathodengebieten herabgesetzt ist, so daß Elektronen, die von der Kathode emittiert sind, durch die Gitteröffnungen hindurch fokussiert sind.
2. Elektronenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch .gekennzeichnet, daß bei einer Ausbildung des Steuergitters als Netz aus Querdrähten die Kathode abwechselnd überzogene und nicht überzogene Gebiete aufweist, wobei die nicht überzogenen Gebiete genau unterhalb der Querdrähte liegen.
3. Elektronenstrahlröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet-, daß bei einem als Netz ausgebildeten Steuergitter die in einer Richtung verlaufenden Gitterdrähte einen größeren Durchmesser als die senkrecht dazu verlaufenden Gitterdrähte aufweisen.
Elektronenstrahlröhre nach Anspruch 2, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die Kathode mit Iridium oder Osmium überzogen ist.
5. Elektronenstrahlröhre nach Anspruch H, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode mit einem überzug aus Iridium versehen ist.
6. Elektronenstrahlröhre nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem überzug und der Kathodenoberfläche eine Schicht aus Titan, Zirkon, Platin oder Molybdänkarbid angeordnet ist. ρ Q 3 9 ^ / -] 4 g ρ

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