DE2219393C3

DE2219393C3 - Device for protecting the cathode of a field emission electron gun

Info

Publication number: DE2219393C3
Application number: DE19722219393
Authority: DE
Inventors: Ryuzo Machida; Ota Susumu Akishima; Kobayashi Nobuyuki Kodaira; Tokio Aihara (Japan)
Original assignee: Ausscheidung in: 22 64 606 Nihon Denshi KK., Akishima, Tokio (Japan)
Priority date: 1971-04-20
Filing date: 1972-04-20
Publication date: 1976-07-01

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Schutz der Kathode einer Feldemissions-Elektronenkanone mit einer beheizten Kathode, einer Anode, einer Hochspannungsquelle, die zwischen der Kathode und der Anode eine der Beschleunigung der Elektronen dienende Potentialdifferenz erzeugt, einer Elektrode, die zwischen der Kathode und der Anode angeordnet ist und einer Spannungsquel'.e, die zwischen der Kathode und der Elektrode eine Potentialdifferenz erzeugt.The invention relates to a device for protecting the cathode of a field emission electron gun with a heated cathode, an anode, a high voltage source connected between the cathode and the anode generates a potential difference serving to accelerate the electrons, an electrode, which is arranged between the cathode and the anode and a voltage source which is between the cathode and the electrode generates a potential difference.

Bei der Feldemissions-Elektronenkanone besteht die Gefahr, daß die Kathode äußerst leicht beschädigt werden kann, und zwar auf Grund eines Zusammenbruches der elektrischen Spannung, der von einer Verschlechterung des Vakuums in der Elektronenstrahlkammer herrühren kann und dazu führt, daß in der Nähe der Kathodenspitze ein außergewöhnlich starkes elektrisches Feld erzeugt wird. Hieraus entsteht eine Vakuumlichtbogenentladung, wodurch die Kathodenspitze ihre Form ändert und sie nicht mehr verwendet werden kann.With the field emission electron gun, there is a risk that the cathode is extremely easily damaged due to a collapse of the electrical voltage caused by a Deterioration of the vacuum in the electron beam chamber can result and leads to nearby an exceptionally strong electric field is generated at the cathode tip. This creates a Vacuum arc discharge, causing the cathode tip to change shape and no longer use it can be.

Aus der Veröffentlichung »The Review of Scientific Instruments«, Band 39, Nr. 4, S. 576 bis 583, ist insbesondere aus der S. 580 eine Feldemissions-Elektronenkanone bekannt, die eine Hochspannungsquelle aufweist, welche zwischen der Kathode und der Anode zur Beschleunigung der Elektronen eine Potentialdifferenz erzeugt. Außerdem befindet sich zwischen der Kathode und der Anode eine Elektrode, wobei zwischen der Kathode und dieser Elektrode mittels einer zweiten Spannungsquelle eine Potentialdiffercnz erzeugt wird. Diese Feldemissions-Elektronenkanone weist nun den eingangs geschilderten Nachteil auf, nämlich daß bei Verschlechterung des Vakuums in der Elektronenstrahlkammer ein Durchschlag mit nachfolgender Lichtbogenentladung entsteht, wodurch die Spitze der Kathode zerstört wird. .From the publication "The Review of Scientific Instruments", Volume 39, No. 4, pp. 576 to 583, is in particular from p. 580 a field emission electron gun is known which has a high voltage source has, which between the cathode and the anode to accelerate the electrons, a potential difference generated. In addition, there is an electrode between the cathode and the anode, with between a potential difference is generated between the cathode and this electrode by means of a second voltage source. This field emission electron gun now has the disadvantage described above, namely that at Deterioration of the vacuum in the electron beam chamber, a breakdown followed by an arc discharge arises, whereby the tip of the cathode is destroyed. .

Die Aufgabe der Erfindung wird daher dann gesehen, e^;ne Verformung der Kathodenspitze bei einem elektrischen Durchschlag in der Elektronenstrahlkammer zu vermeiden.The object of the invention is therefore seen as e ^; ne to avoid deformation of the cathode tip in the event of an electrical breakdown in the electron beam chamber.

Diese Aufgabe wird bei der Feldemissions-Elektroneiikanone der eingangs genannten Art erfindungsge-This task is performed by the field emission electron gun of the type mentioned at the beginning

maß dadurch gelöst, daß zwischen der Hochspannungsquelle und der Elektrode bzw. einer zwischen der Elektrode und der Anode angeordneten weiteren Elektrode eine Schutzeinrichtung angeordnet ist, die bei einem Zusammenbruch der elektrischen Spannungmeasured solved in that between the high voltage source and the electrode or one between the Electrode and the anode arranged further electrode a protective device is arranged, which at a collapse of the electrical voltage

zwischen der Elektrode bzw. der weiteren Elektrode und der Anode verhindert, daß die Potentialdifferenz zwischen der Kathode und der Elektrode über einen Wert ansteigt, der die Beschädigung der Kathodenspitze herbeigeführt.between the electrode or the further electrode and the anode prevents the potential difference between the cathode and the electrode rises above a value that would damage the cathode tip brought about.

μ Aus der deutschen Auslegeschrift 11 5! 884 ist es bei einem Elektronenstrahlgerät, das bei Elektronenstrahlschmelz- und -aufdampfanlagen Verwendung findet, bekannt, eine Schutzeinrichtung vorzusehen, die im wesentlichen aus einem Kathodenwiderstand und einer Elektronenröhre besteht, über die der gesamte Verbraucherstrom fließt. Auf das Steuergiiter der Elektronenröhre wird ein Spannungsimpuls gegeben, wenn die am Widerstand abgegriffene Spannung einen vorgegebenen Vergleichswert übersteigt, wodurch dann derμ From the German Auslegeschrift 11 5! 884 it is at an electron beam device that is used in electron beam melting and evaporation systems, known to provide a protective device, which consists essentially of a cathode resistor and a There is an electron tube through which the entire consumer current flows. On the control panel of the electron tube a voltage pulse is given when the voltage tapped at the resistor exceeds a specified value Exceeds the comparison value, which then causes the

Verbraucherstrom unterbrochen wird. Bei der bekannten Vorrichtung ist es notwendig, entweder die Anode und das zu schmelzende Material vom Gehäuse des Elektronenstrahlgerätes zu isolieren oder das Gehäuse von Erde zu isolieren. Weiterhin können, da die Elektronenröhre im Verbraucherkreis liegt, nur verhältnismäßig geringe Spannungen zur Anwendung kommen. Bei der bekannten Vorrichtung wird, um ein Auftreten von Entladungen im Elektronenstrahlgerät zu unterbinden, der Verbraucherstrom unterbrochen.Consumer current is interrupted. In the known device it is necessary either to the anode and to isolate the material to be melted from the housing of the electron beam device or the housing isolate from earth. Furthermore, since the electron tube is in the consumer circuit, only relatively low voltages are used. In the known device is to a To prevent discharges in the electron beam device, the consumer current is interrupted.

Demgegenüber wird bei der Erfindung ein Durchschlag zugelassen, der jeJoch in der Elektronenstrahlkammer lokalisiert ist.In contrast, a breakdown is permitted in the invention, which is per yoke in the electron beam chamber is localized.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Impedanz der Schutzeinrichtung verkleinert, wenn die elektrische Spannung zwischen der Kathode und der Elektrode in die Nähe der Zündspannung kommt.In a preferred embodiment of the invention, the impedance of the protective device is reduced, when the electrical voltage between the cathode and the electrode is close to the ignition voltage comes.

In der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen soll die Erfindung an Hand der Zeichnung noch näher erläutert werden. Es zeigenIn the following description of preferred embodiments, the invention is intended to be based on the drawing will be explained in more detail. Show it

Fig. la und Ib jeweils schematisch eine bekannte Feldemissions-Elektronenkanone,Fig. La and Ib each schematically a known Field emission electron gun,

Fig. 2 ein Schaltbild mit einer Ausführungsforn einer Schutzeinrichtung gemäß der Erfindung und2 shows a circuit diagram with an embodiment of a protective device according to the invention and

F i g. 3 bis 9 weitere bevorzugte Ausführungsformer der Schutzeinrichtung.F i g. 3 to 9 further preferred embodiments of the protective device.

Wie aus Fig. la ersichtlich, enthält eine ElektronenAs can be seen from Fig. La, one contains electrons

strahlkammer 1 eine Heizwendel 2, die von eine ■ Wechselstromquelle 3 über einen IsolationstransformaRadiation chamber 1 a heating coil 2, which from an ■ alternating current source 3 via an isolation transformer

60'tor 4 erhitzt wird, eine an die Heizwendel '. angeschlossene Kathode 5, eine erste Elektrode f mittels der in der Nähe der Kathodenspitze ein starke elektrisches Feld (etwa IO⁷ V/cm) erzeugt wird und ein an Erdpotential gelegte Anode 7. Eine Spannungsquell 8 liefert eine Spannung, so daß zwischen der Kathode und der ersten Elektrode 6 eine konstante oder ein pulsmodulierte Potentialdifferenz erzeugt wird, um au der Kathodenspitze Elektronen zu ziehen. Eine weiter60'tor 4 is heated, one to the heating coil '. connected cathode 5, a first electrode f by means of which a strong electric field (about IO ⁷ V / cm) is generated in the vicinity of the cathode tip and an anode 7 connected to ground potential. A voltage source 8 supplies a voltage so that between the cathode and the first electrode 6 a constant or a pulse-modulated potential difference is generated in order to draw electrons from the cathode tip. One more

Spannungsquelle 9 hält die Kathode 5 auf einem hohen negativen Gleichspannungspotential, um die ausgesandten Elektronen zu beschleunigen.Voltage source 9 keeps the cathode 5 at a high negative direct voltage potential to the emitted Accelerating electrons.

Bei dieser Art von Elektronenkanone ergibt sich häufig ein Zusammenbruch der elektiischen Spannung zwischen der ersten Elektrode 6 und der Anode 7, und zwar auf Grund der hohen Spannungsdifferenz, die hier im Vergleich zu derjenigen zwischen der ersten Elektrode 6 und der Kathode 5 existiert.With this type of electron gun, there is often a collapse of the electrical voltage between the first electrode 6 and the anode 7, due to the high voltage difference that occurs here exists in comparison with that between the first electrode 6 and the cathode 5.

Aus Fig. Ib sind die Impedanzen Zio una Zn der Spannui.gsquellen 8 bzw. 9 und die Impedanz Z12 zwischen den beiden Spannungsquellen 8,9 ersichtlich.From Fig. Ib the impedances Zio and Zn are the Voltage sources 8 or 9 and the impedance Z12 between the two voltage sources 8, 9 can be seen.

Wenn sich zwischen der ersten Elektrode 6 und der Anode 7 ein elektrischer Durchschlag ergibt, wird das Potential der ersten Elektrode 6 zu Null (Erde) und der Entladestrom fließt durch die Impedanzen Zio Zi2 und Zn.If there is an electrical breakdown between the first electrode 6 and the anode 7, this is Potential of the first electrode 6 to zero (earth) and the discharge current flows through the impedances Zio and Zi2 Zn.

Wenn daher die Impedanz Zio im Vergleich zu der Gesamtsumme der Impedanzen Zi, und Z2 nicht ausreichend klein ist, wird die Potentiaidifferenz zwischen der Kathode 5 und der ersten Elektrode 6 groß, was zu einer Beschädigung der Kathodenspitze führt.Therefore, if the impedance Zio compared to the Total sum of the impedances Zi, and Z2 not is sufficiently small, the potential difference between the cathode 5 and the first electrode 6 becomes large, resulting in damage to the cathode tip.

Aus Fig. 2 ist eine Ausführungsform der Erfindung ersichtlich, bei der die Beschädigung der Kathodenspitze dadurch vermieden ist, daß eine Schutzschaltung 13 vorgesehen ist.From Fig. 2, an embodiment of the invention can be seen in which the damage to the cathode tip is avoided in that a protective circuit 13 is provided.

Wie F i g. 2 zu entnehmen, ist die Schutzschaltung 13 parallel zur Spannungsquelle 8 geschaltet und weist ein Thyratron 14, eine veränderbare Gleichspannuiigsquel-Ie 15 zum Einstellen der Zündspannung des Thyratrons 14 sowie einen Kopplungskondensator 16 auf.Like F i g. 2, the protective circuit 13 is connected in parallel to the voltage source 8 and has a Thyratron 14, a variable DC voltage source 15 for setting the ignition voltage of the thyratron 14 and a coupling capacitor 16.

Wenn die vom elektrischen Durchschlag herrührende Spitzenspannung an die Schutzschaltung 13 über die Spannungsquelle 8 her gelangt, wird die Impedanz der Schaltung 13 verkleinert, wodurch die Kathodenspitze vor einer Beschädigung durch diese Spitzenspannung geschützt wird.If the resulting from the electrical breakdown peak voltage to the protection circuit 13 via the Voltage source 8 comes here, the impedance of the circuit 13 is reduced, whereby the cathode tip is protected from damage by this peak voltage.

Bei der Ausführungsfonn gemäß F i g. 3 ist zwischen der ersten Elektrode 6 und der Anode 7 eine weitere Elektrode 18 vorgesehen, die im folgenden als »zweite Elektrode« bezeichnet wird. Das an die zweite Elektrode 18 angelegte Potential ist durch die Spannungsquelle 9 und durch eine Gleichspannungsquelle 19 bestimmt. In diesem Fall entspricht die Ausgangsspannung der Spannungsquelle 19 fast derjenigen der Spannungsquelle 8, falls die Ausgangsspannung der Spannungsquelle 8 eine Gleichspannung ist; falls dagegen die Ausgangsspannung der Spannungsquelle 8 eine Wechselspannung ist, entspricht die Ausgangsspannung der Spannungsquelle 19 fast der Impulshöhe der Ausgangsspannung der Spannungsquelle 8. Darüber hinaus ist jedoch die Ausgangsspannung der Spannungsquelle 19 sehr viel kleiner als die Ausgangsspannung der Spannungsquelle 9. Demgemäß ergibt sich fast immer ein elektrischer Durchschlag zwischen der weiteren Elektrode 18 und der Anode 7, bevor sich der elektrische Durchschlag zwischen der weiteren Elektrode 18 und der ersten Elektrode 6 ergibt.In the embodiment according to FIG. 3 is a further electrode between the first electrode 6 and the anode 7 Electrode 18 is provided, which is referred to below as the "second electrode". That to the second Potential applied to electrode 18 is determined by voltage source 9 and by a direct voltage source 19. In this case, the The output voltage of the voltage source 19 is almost that of the voltage source 8, if the output voltage the voltage source 8 is a DC voltage; if, on the other hand, the output voltage of the voltage source 8 is an alternating voltage, the corresponds to Output voltage of the voltage source 19 is almost the pulse height of the output voltage of the voltage source 8. In addition, however, the output voltage of the voltage source 19 is very much smaller than that Output voltage of the voltage source 9. Accordingly, there is almost always an electrical breakdown between the further electrode 18 and the anode 7, before the electrical breakdown occurs between the further electrode 18 and the first electrode 6 results.

In dem Augenblick, in dem zwischen der weiteren Elektrode 18 und der Anode 7 ein Durchschlag erfolgt, ändert sich das Potential der weiteren Elektrode 18 von negativer Hochspannung zu Erdpolcntial. Demgemäß wächst die Potentialdifferenz zwischen der weiteren Elektrode 18 und der ersten Elektrode 6 schlagartig an, und zwar auf Grund des plötzlich durch die Impedanz der Gleichspannungsquelle 19 fließenden Entladestroms. Dadurch wird die Schutzschaltung 13 betätigt, die einen Silizium-Symmetric-Schalter 20 aufweist, wodurch die Impedanz zwischen den beiden Elektroden verkleinert wird und dadurch das neuerliche Entstehen eines elektrischen Durchschlags verhindert wird, da die Spannungsschwankung zwischen den beiden Elektroden und der Kathode 5 etwa dieselbe ist.At the moment when a breakdown occurs between the further electrode 18 and the anode 7, the potential of the further electrode 18 changes from negative high voltage to ground pole. Accordingly the potential difference between the further electrode 18 and the first electrode 6 increases suddenly, namely due to the discharge current suddenly flowing through the impedance of the DC voltage source 19. This activates the protective circuit 13, which has a silicon symmetric switch 20, whereby the impedance between the two electrodes is reduced and thereby the re-emergence Electric breakdown is prevented because the voltage fluctuation between the two electrodes and the cathode 5 is about the same.

Ein zusätzlicher Vorteil bei dieser Ausführungsform liegt darin, daß der Bereich der Schutzschaltungszündspannung vergrößert ist gegenüber der Ausführungsform nach F i g. 2. Dies rührt daher, daß es bei der Ausführungsform nach F i g. 2 erforderlich ist, die Zündspannung gemäß der Ausgangsspannung der Spannungsquelle 8 einzustellen, die jedesmal, wenn die Kathode 5 ausgewechselt wird, verändert werden muß. Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 3 ist die Bezugsspannungsquelle jedoch die Spannungsquelle 19, die selten verändert wird.An additional advantage of this embodiment is that the range of the protective circuit ignition voltage is enlarged compared to the embodiment according to FIG. 2. This is due to the fact that the Embodiment according to FIG. 2 is required, the ignition voltage according to the output voltage of the Set voltage source 8, which must be changed every time the cathode 5 is replaced. In the embodiment according to FIG. 3 is the reference voltage source but the voltage source 19, which is seldom changed.

Bei dieser Ausführungsform ist es daher fast nie erforderlich, die Zündspannung der Schutzschaltung 13 einzustellen. Aus diesem Grund ist es möglich, an Stelle des komplizierteren Thyratrons 14 und der ihm zugeordneten Schaltung eine einfache Schahverrichtung mit einem Schalter 20 der erwähnten Art zu verwenden.In this embodiment it is therefore almost never necessary to adjust the ignition voltage of the protective circuit 13 to adjust. For this reason it is possible to replace the more complicated thyratron 14 and him associated circuit to a simple Schahverrichtung with a switch 20 of the type mentioned use.

Die aus Fig. 4 ersichtliche Ausführungsfonn stimmt im wesentlichen mit derjenigen gemäß Fig. 3 überein. Bei dieser Ausführungsform ist jedoch eine Isoiationssäule 21 mittels eines Hochspannungskabels 26 an den Schaltkreis 25 der Eiektronenstrahlkammcr 1 angeschlossen. Die Isolationssäule 21 enthält den Isolationstransformator 4, die Hochspannungsquelle 9 und einen Filterkreis, der aus einem Widerstand 23 und aus Kondensatoren 24 besteht. Weiterhin wird an Stelle des Potentials der Kathode 5 das Potential an der Verbindungsstelle der Abgleichwiderstände 27, 28 verwendet, und die Schutzschaltung 13, die in diesem Fall eine Stoßspannungsschutzröhre 29 beinhaltet, ist zwischen diese Verbindungsstelle und die weitere Elektrode 18 geschaltet.The embodiment shown in FIG. 4 is correct essentially coincides with that according to FIG. In this embodiment, however, an insulation column 21 is connected to the by means of a high-voltage cable 26 Circuit 25 of Eiektronenstrahlkammcr 1 connected. The isolation column 21 includes the isolation transformer 4, the high voltage source 9 and a Filter circuit, which consists of a resistor 23 and capacitors 24. Furthermore, instead of the The potential of the cathode 5 is the potential at the junction of the trimming resistors 27, 28 is used, and the protection circuit 13, which in this case includes a surge protection tube 29, is connected between this connection point and the further electrode 18.

Bei der Ausführungsfonn gemäß Fig. 4 ergibt sich, theoretisch gesehen, keine Vakuum-Lichtbogenentladung zwischen der Kathode 5 und der ersten Elektrode 6, wenn sich der elektrische Durchschlag zwischen der weiteren Elektrode 18 und der Anode 7 ergibt. Wenn in der Praxis jedoch die Restimpedanz in der Schutzschaltung groß ist, wird auch die Potentialdifferenz zwischen der Elektrode 6 und der weiteren Elektrode 18 auf Grund des fließenden Entladestromes entsprechend groß sein.In the embodiment according to FIG. 4 it follows that theoretically, no vacuum arc discharge between the cathode 5 and the first electrode 6, when the electrical breakdown occurs between the further electrode 18 and the anode 7. If in In practice, however, the residual impedance in the protective circuit is large, so will the potential difference between the electrode 6 and the further electrode 18 due to the flowing discharge current accordingly be great.

Die Spit/enspanniing Fn der Potentialdifferenz ist durch folgende Gleichung bestimmt:The peak / relaxation Fn of the potential difference is determined by the following equation:

'30'30

c_A c _A

ΛΛ . W. W.

Z 4- 7Z 4- 7 CiCi

30 + ^31 ^L.< +30 + ^ 31 ^L. <+

1 lierbei bedeutet1 means

Zju die Impedanz zwischen der weiteren Elektrode 18 und der Kathode 5.Zju is the impedance between the further electrode 18 and the cathode 5.

Zj 1 die Impedanz der Differenz zwischen der Impedanz Zio und der Gesamtimpedanz, die im Entladeweg des auf Grund des elektrischer Durchschlags entstehenden Entladestrom? existiert.
Ca die Streukapazität zwischen der Elektrode fZj 1 is the impedance of the difference between the impedance Zio and the total impedance, which occurs in the discharge path of the discharge current resulting from the electrical breakdown? exists.
Ca is the stray capacitance between the electrode f

und der Kathode 5.
Cb die Streukapazität zwischen der Elektrode £and the cathode 5.
Cb is the stray capacitance between the electrode £

und der weiteren Elektrode 18.
Die Ausführungsformen gemäß Fig 3 und 4 sind se ausgebildet, daß die Impedanz Zw während deiand the further electrode 18.
The embodiments according to FIGS. 3 and 4 are designed so that the impedance Zw during dei

Entladung verringert wird, so daß die Spitzenspannung Eo so klein wie möglich gehalten wird, d. h. daß die Potentialdiffcrenz zwischen der Elektrode 6 und der weiteren Elektrode 18 verringert wird.Discharge is reduced, so that the peak voltage Eo is kept as small as possible, ie that the potential difference between the electrode 6 and the further electrode 18 is reduced.

Die aus F i g. 5 ersichtliche Ausführungsform ist so ausgebildet, daß die Spitzenspannung £7) der Potcntialdifferenz weiter reduziert wird, und zwar durch Vergrößern der Impedanz Zw während der Entladung zusätzlich zur Verringerung der Impedanz Zm. The from Fig. The embodiment shown in FIG. 5 is designed in such a way that the peak voltage £ 7) of the potential difference is further reduced, namely by increasing the impedance Zw during the discharge in addition to reducing the impedance Zm.

Dies wird dadurch ermöglicht, daß eine Schaltung 32 eingegliedert wird, die aus einem Transformator 33, Abgleichwiderständen 34, 35, 36 und 37 und aus einem Hochleistungswiderstand 38 besteht, der die hohe Ausgangsspannung der Spannungsquclle 9 aushalten kann. Die beiden Enden des Hochleistungswiderstandes 38 sind einerseits an die Verbindungsstelle der Abgleichwiderstände 36, 37 und andererseits an die Verbindungsstelle der Abgleichwiderstände 34. 35 angeschlossen. Wenn keine Entladung vorliegt, funktioniert diese Ausführungsform auf die gleiche Weise wie j« die Ausführungsform gemäß Fig. 4. Wenn zwischen der zweiten Elektrode 18 und der Anode 7 ein elektrischer Durchschlag auftritt, ist der durch den Hochleistungswidcrstand 38 fließende Entladungsstroni in seiner Größe außerordentlich stark reduziert, und die Potcntialdifferenz zwischen der Kathode 5 und der ersten Elektrode 6 ist nicht so groß.This is made possible by the fact that a circuit 32 is incorporated which consists of a transformer 33, Trimming resistors 34, 35, 36 and 37 and a high-performance resistor 38 consists of the high Output voltage of the voltage source 9 can withstand. The two ends of the heavy duty resistor 38 are on the one hand to the junction of the balancing resistors 36, 37 and on the other hand to the Connection point of the balancing resistors 34. 35 connected. If there is no discharge, it works this embodiment in the same way as the embodiment of FIG. 4. If between the second electrode 18 and the anode 7 an electrical breakdown occurs, is that through the High-performance resistor 38 flowing discharge currents extremely greatly reduced in size, and the The potential difference between the cathode 5 and the first electrode 6 is not so great.

Aus Fig. 6 ist eine praktische Ausführungsform der Erfindung ersichtlich, deren Funktion und Arbeitsweise im wesentlichen mit derjenigen der Ausführungsform gemäß Fig. 4 und 5 übereinstimmt. Bei dieser Ausführungsform sind der Impulsgenerator 39, der Isolationstransformator 41, die Gleichspannungsquelle 19 usw. insgesamt in der Isolationssäule 2t angeordnet. Außerdem wird an Stelle des Potentials am Mittelabgriff der Eingangswindung des Transformators 33 das Potential am Mittelabgriff der Ausgangswindung des Transformators 33 verwendet. Der Widerstand 44 weist dieselbe Funktion wie der Widerstand 43 gemäß F i g. 5 auf. F i g. 7 zeigt eine Ausführungsform für einen Gleichspannungsfeld-Emissionsvorgang entsprechend der Ausführungsform gemäß Fig. 6. Bei dieser Ausführungsform entsprechen sich die Funktionen der Widerstände 38.44 und 45.From Fig. 6 a practical embodiment of the invention can be seen, its function and mode of operation substantially coincides with that of the embodiment according to FIGS. At this Embodiment are the pulse generator 39, the isolation transformer 41, the DC voltage source 19 etc. arranged in total in the insulation column 2t. In addition, instead of the potential, the center is tapped of the input winding of the transformer 33 is the potential at the center tap of the output winding of the Transformer 33 used. The resistor 44 has the same function as the resistor 43 according to FIG. 5 on. F i g. 7 shows an embodiment for a DC field emission process accordingly the embodiment according to FIG. 6. In this embodiment, the functions correspond to Resistors 38.44 and 45.

Die aus Fig. 8 ersichtliche Ausführungsform ist derart ausgebildet, daß die Impedanz Zii induktiv anstatt mittels Widerständen, wie bei den Ausführungsformen gemäß F i g. 4 bis 7, vergrößert wird. Zu diesem Zvicck weist die Atisführungsform eine Schaltung 32 auf, die aus Spulen Lu, Li; ... L*n und aus Kondensatoren Ci, C2... Cn besteht. Die Spulen Ln ... Liw, L21 ... L2N und Lsi ... Lin, die jeweils Teile der genannten Spulen sind, müssen dieselbe Induktivität aufweisen und einsinnig gewickelt sein, wogegen die Spulen L,41 ... LtN eine hiervon verschiedene oder dieselbe Induktivität aufweisen können und in der entgegengesetzten oder auch in der gleichen Richtung wie die obengenannten Spulen gewickelt sein können.The embodiment shown in FIG. 8 is designed in such a way that the impedance Zii is inductive instead of by means of resistors, as in the embodiments according to FIG. 4 to 7, is enlarged. For this purpose, the Atisführungform has a circuit 32, which consists of coils Lu, Li; ... L * n and consists of capacitors Ci, C2 ... Cn. The coils Ln ... Liw, L21 ... L2N and Lsi ... Lin, which are each part of the named coils, must have the same inductance and be wound in one direction, whereas the coils L, 41 ... LtN are different or can have the same inductance and can be wound in the opposite or in the same direction as the above-mentioned coils.

Aus Fig. 9 ist das physikalische Äquivalent der aus F i g. 8 ersichtlichen Schaltung 32 ersichtlich, wobei Leitungsdrähte 46, 47, AS und 49, die vom Hochspannungskabel 26 herkommen, auf einen Kern 50 aufgewickelt sind. Hierdurch ist es möglich, die Kondensatoren G, C2 usw. zu entfernen, solange die Streukapaz.ität zwischen den Leitungsdrähten adäquat isi.From FIG. 9, the physical equivalent is that from FIG. 8, circuit 32 can be seen, lead wires 46, 47, AS and 49, which come from high-voltage cable 26, being wound onto a core 50. This makes it possible to remove the capacitors G, C2 etc. as long as the stray capacitance between the lead wires is adequate.

Demgemäß fließt bei der Ausführungsform gemäß F i g. 8 der Entladestrom durch die Schaltung 32, die eine hohe Induktivität hat; demgegenüber ist unter normalen Betriebsbedingungen die Induktivität der Schaltung 32 durch die Spulen beseitigt, weswegen sie Null ist. So werden beispielsweise die vom Impulsgenerator 39 erzeugten Impulssignalc ohne Verluste über die Übertragungslinie, die aus den Spulen Ln ... Ιλν. Ln ... LsNundausden Kondensatoren Ci ... C/vbcsteht zu der Eingangswindung des Transformators 42 und zum Kondensator Cn+] übertragen. Darüber hinaus kompensiert der Widerstand 51, der parallel zui Ausgangswindung des Transformators 42 geschaltet ist den Durchgang der Impulsspannung, die zwischen dei Kathode 5 und der ersten Elektrode 6 angelegt ist. Dei Heizstrom für die Heizwendel 2 ist durch die Gieichrichtersehaltung 52 gleichgerichtet. Selbst wenr zum Erhitzen der Wendel 2 Wechselstrom verwende wird, ergibt sich praktisch kein Verlust in der Schaltung 32. da die Spulen Ln ... Liν und L.31 ... Lin die gleiche Induktivität haben und einsinnig, d.h. in der gleicher Richtung gewickelt sind.Accordingly, in the embodiment according to FIG. 8 the discharge current through the circuit 32, which has a high inductance; on the other hand, under normal operating conditions, the inductance of the circuit 32 is eliminated by the coils, and therefore it is zero. Thus, for example, the pulse signals generated by the pulse generator 39 are transmitted without losses via the transmission line, which consists of the coils Ln ... Ιλν. Ln ... LsN and from the capacitors Ci ... C / vbc is transferred to the input winding of the transformer 42 and to the capacitor Cn +] . In addition, the resistor 51, which is connected in parallel with the output winding of the transformer 42, compensates for the passage of the pulse voltage which is applied between the cathode 5 and the first electrode 6. The heating current for the heating coil 2 is rectified by the rectifier circuit 52. Even if alternating current is used to heat the filament 2, there is practically no loss in the circuit 32. since the coils Ln ... Li ν and L.31 ... Lin have the same inductance and unidirectional, ie in the same direction are wrapped.

Es ist selbstverständlich möglich, bei der Ausfüh rungsform gemäß Fig. 2 ebenfalls Spulen des Schalt kreises 32 zwischen die Hochspannungsquellen 9 unc die Verbindungsstelle des Emitters mil der Spannungs quelle 8 zu schalten.It is of course possible in the embodiment shown in FIG. 2 also coils of the switch circle 32 between the high voltage sources 9 unc the junction of the emitter with the voltage switch source 8.

Hierzu 8 Blafi ZeichnungenIn addition 8 Blafi drawings

Claims

Patent claims:

1. Device for protecting the cathode of a field emission electron gun with a heated one Cathode, an anode, a high voltage source between the cathode and the anode generates a potential difference serving to accelerate the electrons, an electrode which is arranged between the cathode and the anode, and a voltage source connected between the Cathode and the electrode generates a potential difference, characterized in that between the high voltage source (9) and the electrode (6) or one between the electrode (6) and the anode (7) arranged further electrode (* 8) a protective device (13) is arranged which in the event of a breakdown of the electrical voltage between the electrode (6) or the other Electrode (18) and the anode (7) prevents the potential difference between the cathode (5) and the Electrode (6) rises above a value that causes damage to the cathode tip.

2. Device according to claim 1, characterized in that a high-power resistor (38) or an inductance (L) is connected between the high-voltage source (9) and the cathode (5), the high-power resistor or the inductance, the discharge current during the breakdown of the electrical The voltage between the anode (7) and the further electrode (18) is reduced.