DE587895C - Gluehkathodenoszillograph mit Gaskonzentration - Google Patents

Description

Bei allen Kathodenoszillographen liegt die Aufgabe vor, die Kathodenstrahlen zu einem kleinen Fleck auf der Aufaahmefläche (Fluoreszenzschirm, photographische Platte) zu vereinigen.

Die Lösung dieser Aufgabe macht bei KaItkathodenoszillographen keine Schwierigkeit, weil hier bereits .die Ausgangsfläche der Elektronen an der Kathode sehr klein ist und die Wiedervereinigung mit Hilfe von Konzentrationsspulen gelingt. Doch ist dieser KaItkathodenoszillograph nicht für alle Zwecke der Oszillographie geeignet, weil er nur eine beschränkte Hergabe von Elektronen erlaubt und mit ziemlich hohen Spannungen betrieben werden muß.

Schwieriger ist die Lösung der obengenannten Aufgabe bei Kathodenoszillographen mit Glühkathode und Hochvakuum. Bei diesen kann man leicht Elektronen beliebiger Menge bei niedrigen und hohen Spannungen erhalten. Es hat sich aber bisher keine praktische brauchbare Lösung ergeben, hohe Intensität des Elektronenstrahles mit der Forderung eines kleinen Schreibpunktes zu vereinigen. Das liegt daran, daß die Elektronen von einer größeren Fläche ausgehen als beim KaItkathodenoszillographen, mehr oder weniger divergent austreten und ihre Vereinigung in einer kleineren Fläche als die Ausgangsfläche nur unter praktisch nicht mehr brauchbaren Verhältnissen möglich wäre. Man hat also entweder 'einen feinen Schreibpunkt und bescheidene Intensität oder großen, nicht brauchbaren Schreibpunkt und große Intensität.

Nach allen übrigen Gesichtspunkten hin (geringe Durchschlagsgefahr, unvierzerrte Wiedergabe, Anpassung an fast alle Spannungsbereiche) ist der Hochvakuumglühkathoden- Oszillograph eine ideale Vorrichtung.

Ein weiterer Röhrentyp ist der Glühkathodenoszillograph mit Gasfüllung und Gaskonzentration.

Hier ist eine genügende Bündelung der Elektronen bei gewissen Drucken und gewissen Stromdichten -möglich. Trotzdem stellen die gasgefüllten Glühkathodenoszillographen in ihrer bisherigen Ausführung für die Kathodenoszillographie nur eine Lösung für einen gewissen Bereich von aufzunehmenden Vorgängen dar, weil sie aus folgenden Gründen bei anderen Vorgängen versagen:

1. Infolge der zur Gäskonzentration erforderlichen Ionenbildung ist 'eine formgetreue Wiedergabe bei sehr hohen Frequenzen nicht möglich, weil die erforderliche Ionenbildung eine gewisse Zeitdauer der Einwirkung des Elektronenstrahles voraussetzt, damit sich in dieser Zeitdauer positive Ionen mit ihrer konzentrierenden Wirkung in genügender Zahl bilden können.

2. Es ist die formgetreue Wiedergabe, die beim Kathodenoszillographen ein wesentlicher

Vorzug sein soll, wegen der positiven Raumladungen nicht immer genügend genau gewährleistet, da diese Raumladungen die Ablenkfelder verzerren können. 3. Da die Röhre eine bestimmte Gasfüllung haben muß, so kann man der Durchschlagsgefahr wegen keine hohen Beschleunigungsspannungen wählen. Zu hohe Spannungen sind bei diesem Röhrentyp auch deswegen nicht vorteilhaft, weil bei ihnen die ionisierende Wirkung der Elektronen nachläßt und daher die Gaskonzentration zurücktritt.

4.'Wegen der Durchschlagsgefahr und der

Ionenwanderung kann man nur geringe Spannung den Ablenkplatten des Oszillographen zumuten.

Aus all diesen Gründen ist der Glühkathodenoszillograph mit Gaskonzentration ein nur für niedrige Frequenzen und für kleine Spannungen passender Kathodenoszillograph. Die Erfindung will nun die genannten Nachteile beseitigen, indem sie die Vorteile des gasgefüllten Glühkathodenoszillographen beibehalten und sie mit den Vorteilen des Hochvakuumoszillographen vereinigen will. Zu diesem Zwecke wird der Glühkathodenoszillograph in zwei nur durch ein Diaphragma kommunizierende, im übrigen getrennte Teile zerlegt und beiden Teilen verschieden hohes Vakuum gegeben, und zwar dem Teil, der die Glühkathode enthält und bis zum Diaphragma geht, das zur Gaskonzentration günstige Vakuum (Niedervakuumteil) und dem übrigen Teil, der die Ablenkplatten und den Fluoreszenzschirm (photographische Platte) enthält, ein sehr hohes Vakuum (Hochvakuumteil).

Mit dieser Maßregel wird zwar die Gaskonzentration im Hochvakuumteil aufgegeben und diese Konzentration nur noch auf den Niedervakuumteil beschränkt; man erreicht aber dadurch zunächst, daß man die Vorteile des hohen Vakuums in demjenigen Teil ausnutzen kann, in dem das hohe" Vakuum für viele Zwecke unerläßlich ist. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Einbuße infolge Aufgabe der Gaskonzentration im Ablenkraum nicht ausschlaggebend ist, da diese Einbuße unter Umständen durch eine Konzentrierungsspule wieder wettgemacht werden kann. Für viele Zwecke ist das hohe Vakuum im Ablenkraum wichtiger. Gemäß der Erfindung wird daher die Gaskonzentration nicht, wie bisher, im - ganzen Rohr beibehalten, sondern auf den Teil des Rohres, der die Glühkathode enthält, beschränkt.

Erfindungsgemäß sollen aber im Niedervakuumteil Druck und Stromdichte des Elektronenstrahles -im allgemeinen so abgeglichen werden, daß der Strahl konvergierend gegen den Fluoreszenzschirm aus der Blende (Diaphragma) austritt. Bekanntlich kann man je nach Druck und Elektronenstrom Bäuche und Knoten im Elektronenstrahl durch Gaskonzentration erhalten. Sorgt man daher dafür, daß ein Strahlbauch in der Öffnung der Blende liegt, so werden die Elektronen nahezu par- , allel, also gebündelt, in das Hochvakuum eintreten. Je nach der Wahl des Niedervakuurris kann man beim Eintritt des Strahles in das Hochvakuum eine Parallelität, eine Konver-. genz oder Divergenz erzielen. Alle drei Fälle können für oszillographische Zwecke ausgenutzt werden.

Da man die Lage der Knoten und Bäuche im Strahl auch durch die beschleunigende Spannung verändern kann, so ist eine Einregulierung auch durch die Spannung Kathode-Blende möglich.

Die beschleunigende Spannung im Niedervakuumteil soll erfindungsgemäß nur so hoch gewählt werden, als es die Gaskonzentration erfordert. In gewissen Fällen mag man mit dieser Spannung für oszillographische Zwecke auskommen. In anderen Fällen wird aber eine höhere Spannung erwünscht sein. Erfindungsgemäß soll dann die Bündelung im Niedervakuumteil mit den zur Gaskonzentration notwendigen niedrigen Spannungen erfolgen. Die höhere Beschleunigungsspannung soll erst im Hochvakuumteil wirken. Zu dem Zwecke ist es nur nötig, die Elektronen eine zweite Blende durchfliegen zu lassen und zwischen erste und zweite Blende die weitere Beschleunigungsspannung anzulegen.

Zweckmäßig kann es sein, um die bereits erfolgte Bündelung nicht durch Randwirkung an der zweiten Blende rückgängig zu machen, die Öffnung der zweiten Blende als zylindrisches Rohr auszuführen und ebenso die Öffnung der ersten Blende zylindrisch auszugestalten.

Liegt zwischen zwei Zylindern eine "beschleunigende Spannung, so ist zunächst das Außenfeld am Zylinder für die Beschleunigung wirkungslos, weil dort keine Elektronen sind. Die Kraftlinien im Innern der Zylinder geben die Beschleunigung. Diese Kraftlinien sind in der Nähe der Wandung des ersten Zylinders für die Elektronen in das Rohr hinein (also zur Achse hin) gerichtet. Später biegen sie zwar wieder im anderen Zylinder von der Achse weg (Fig. 1); aber es resultiert eine konzentrierende Wirkung, weil die Elektronen zuerst mit kleiner Geschwindigkeit den Kraftlinien, die sie ins erste Rohr hineintreiben, verhältnismäßig gut folgen. Bei der Zurückbiegung haben die Elektronen bereits eine höhere Geschwindigkeit. Die Rückbiegung geht daher nicht so stark vonstatten, so daß eine gewisse konzentrierende Wirkung bei dieser Anordnung übrigbleibt.

Es ist für die Lebensdauer einer Glühkathode mit Gaskonzentration von Wichtigkeit, sie mit so kleinen Spannungen Glühdrahtblende zu betreiben, daß die positiven Ionen nicht zerstörend wirken. Diese Spannung liegt etwa bei 20 Volt. Die Erfindung gibt somit die Möglichkeit, diese niedrige Spannung und den mit ihr verbundenen Vorteil langer Lebensdauer der Glühfläche zu benutzen und nach abermaliger Beschleunigung der Elektronen im Hochvakuumteil raschere Elektronen für die Ablenkung und die Fluoreszenzerregung zu verwenden.

Die Benutzung zweier Vakua ist beim KaItkathodenoszillographen bekannt. Doch ist von diesem Kunstgriff bei. Glühkathodenoszillographen noch nicht Gebrauch gemacht worden. Das rührt daher, daß beim üblichen Hochvakuumglühkathodenoszillographen dieser Kunstgriff nur schädlich wirken könnte. Auch beim Glühkathodenoszillographen mit Gaskonzentration bringt er zunächst Nachteile, indem in gewissen Teilen der Röhre der Vorteil der Gaskonzentration aufgegeben werden muß. Dagegen bringt die erfindungsgemäße Anordnung hier wiederum Vorteile, die man vom Kaltkathodenoszillographen her nicht kennt. ' Beim Kaltkathodenoszülographen bestehen die Vorteile des doppelten Vakuums in Verwendung hohen Druckes im Entladungsrohr und dadurch gesteigerter Elektronenstromstärke, während im Ablenkrohr die Diffusion der Elektronen, die bei höherem Druck störend auftreten würde, vermieden wird. Der Vorteil erhöhter Elektronenstromstärke bleibt beim Glühkathodenoszillographen mit doppeltem Vakuum aus. Dafür weist die Erfindung aber andere Vorteile des doppelten Vakuums auf, nämlich die Beibehaltung der Gaskonzentration in der Umgebung der Glühkathode, wo die Elektronen ihre erste und den weiteren Verlauf bestimmende Anfangsrichtung erhalten.

Wenn mit sehr langsamen Elektronen gearbeitet wird, so ist im Auge zu behalten, daß die Fluoreszenzwirkung klein ist. Es ist alsdann nützlich, in bekannter Weise diese Elektronen nach Passieren der Ablenkfelder vor ihrem Auftreffen auf dem Fluoreszenzschirm zu beschleunigen. Würde diese Beschleunigung . in einer gasgefüllten Röhre vorgenommen, so könnte die Beschleunigungsspannung wegen der Durchschlagsgefahr nicht sehr hoch gewählt werden. Wird dagegen die Beschleunigung im Hochvakuumteil vorgenommen, so lassen sich leicht höhere Beschleunigungsspannungen erzielen und damit der Wirkungsbereich der Röhre erweitern.

Was die Herstellung der verschiedenen Vakua anbelangt, so ist sie technisch bekanntlich nicht nur bei nichtabgeschmolzenen Röhren, sondern auch bei abgeschmolzenen Röhren möglich. Bei letzteren ist es von Vorteil, bei gewöhnlicher Temperatur feste Pumpmedien, z. B. Paraffin, zu nehmen, um die Transportmöglichkeit der Röhre zu gewährleisten.

Zur Strahlsperrung kann entweder eine der bekannten Vorrichtungen für den Kaltkathodenoszillographen oder ein Gitter vor der Glühkathode oder eine Verzögerungsspannung an Stelle der beschleunigenden Spannung benutzt werden.

"In Abb. 2 ist eine Ausführungsform als Beispiel angegeben. Es bedeutet α die Glühkathode, b die Blende, c eine zylindrische Elektrode für die Elektronenbeschleunigung. d und e bezeichnen Ablenkplatten, / das Beschleunigungsgitter, g den Fluoreszenzschirm. h ist die Zuleitung zu dem Hochvakuumteil einer DiffusionspumpeΊ, Ader Niederdruckteil, Zein regulierbares Ventil, das den Druck im Niedervakuumbeim Arbeit en zuregulieren erlaubt. Die Elektronen werden in Raum I gebündelt. In Raum II herrscht bei Anstellen' der Pumpe i Hochvakuum. Durch das Ventil I wird der Druck im Raum I reguliert, so daß bei passender Beschleunigungsspannung die Elektronen in gewünschter Bündelung durch die erste Blende hindurchtreten.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Glühkathodenoszillograph mit Gaskonzentration, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhre durch eine Blende in zwei nur durch die Öffnung der Blende in Verbindung stehende Teile geteilt ist, und daß durch Pumpen ein verschieden hohes Vakuum in beiden Teilen eingestellt wird, derart, daß im Glühkathodenteil ein für die Gaskonzentration geeignetes Niedervakuum herrscht, während das Vakuum im anderen Teil Hochvakuum ist.

2. Glühkathodenoszillograph nach An-Spruch i, dadurch gekennzeichnet, daß Druck, Spannung und Stromstärke im Niedervakuumteil einregulierbar vorgesehen werden, so daß je nach dem aufzunehmenden. Vorgang die erforderliche Größe der Gaskonzentration gewählt werden kann.

3. Glühkathodenoszillograph nadh. Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronen nach Passieren einer Blende im Hochvakuumteil beschleunigt werden.

4. Glühkathodenoszillograp'h nach Anspruch i, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungselektroden im Hochvakuumteil zylindrisch ausgebildet werden.

5- Glühkathodenoszillograph nach Anspruch ι bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronen in bekannter Weise unmittelbar vor Auftreffen auf den Fluoreszenzschirm im Hochvakuum beschleunigt werden.

6. GlühkathodenoszilLograph nach Anspruch ι bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Diifusionsipumpe bei abgeschmolzenem Rohr ein bei gewöhnlicher Temperatur festes Pumpmedium verwendet wird.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen