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Anordnung zur elektrischen Strahlsperrung bei Kathodenstrahloszillographenröhren
mit kalter Kathode Die Elektronen, die in einer evakuierten Röhre von der Kathode
ausgehen, können durch verschiedene bekannte Maßnahmen, z. B. Krümmung der Kathodenfläche,
magnetische Felder, Raumladungseffektey ,in, einem Brennpunkt zusammengeschnürt
werden. Sie können ferner durch Einwirkung elektrostatischer oder magnetischer Felder
senkrecht zu ihrer Fortpflanzungsrichtung abgelenkt werden, so daß der Brennpunkt
in einer zum Strahl senkrechten Fläche eine entsprechende Bahn beschreibt. Derartige
Vakuumröhren können zu verschiedenartigen Zwecken benutzt werden, z. B_ . zum Sichtbarmachen
und Aufzeichnen von Oszillogrammen sehr rasch verlaufender Vorgänge, zum Erzeugen
einer großen Zahl von Bildpunkten auf einer lumineszierenden oder - photographischen
Schicht innerhalb sehr kurzer Zeit, für die Zwecke der Bildtelegraphie oder des
Fernsehens, zur Erzeugung einer großen Zahl von kurz aufeinanderfolgenden Stromstößen,
indem man auf der Bahn des Brennpunktes eine Anzahl von Elektroden anordnet; solche
Röhren werden dann als Kathodenstrahloszillographen bezeichnet.
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Bei solchen Kathodenstrahloszillographen ist es im allgemeinen notwendig,
den Brennpunkt der Elektronenstrahlen im Ruhestand, d. h. in derjenigen Zeit, in
welcher er nicht die gewünschten Bewegungen zur Erzeugung eines Oszillogrammes,
Bildes o. dgl. ausführt, von. der Arbeitsfläche fernzuhalten. Um diesen Zweck zu
erreichen, ist es bereits bekannt, zwischen die Anode der den Kathodenstrahl erzeugenden
Entladungsröhre und die eigentlichen Steuerorgane, Ablenkplatten, Magnetspulen usw.,
mechanisch oder elektrisch betätigte Strahlsperrvorrichtungen einzubauen, die während
der für den eigentlichen Arbeitsvorgang nicht benötigten Zeit das Entstehen des
Elektronenbrennpunktes auf der Arbeitsfläche verhindern.
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Von diesen Vorrichtungen sind die mechanisch wirkenden zu träge, sobald
eine Freigabe des Elektronenstrahles innerhalb sehr kurzer Zeit, wie z. B. bei der
Aufnahme unwillkürlicher Vorgänge, verlangt wird; aus demselben Grunde sind auch
rein magnetisch wirkende Sperrvorrichtungen in diesem Fall nicht verwendbar. Die
bisher bekanntgewordenen elektrischen Sperrvorrichtungen beruhen meist auf elektrischer
Ouerablenkung des Elektronenbrennpunktes senkrecht zur Strahlrichtung über die Arbeitsfläche
hinaus bzw. in eine eigene Sperrkammer. Die hierzu nötigen Ablenkelektroden müssen
sich, da meist nur geringe Spannungen zu ihrer Betätigung zur Verfügung stehen,
sehr nahe gegenüberstehen und eine große Länge parallel zum Strahl besitzen, woraus
sich eine relativ große Eigenkapazität ergibt. Diese
Kapazität muß
durch den die Strahlsperrung aufhebenden Stromstoß erst aufgeladen werden, ehe die
Freigabe eintritt, und verlangsamt daher die Zeit bis zur Freigabe des Strahles
erheblich. Da man zur sicheren Wirkung, z. B. um eine Schwärzung photographischer
Schichten auch während längerer Sperrzeiten zu vermeiden, bis zu vier Einzelstufen
solcher Ablenkvörrichtungen hintereinanderschalten muß; ergibt sich neben der Erhöhung
der Kapazität auch eine gewisse Kompliziertheit und Vergrößerung des Aufbaues der
Katllodenoszillogräphenröhren. Dies bringt besonders bei von der Pumpe abgeschmolzenen
Kathodenstrahloszillographen wegen der vielen schwer zu entgasenden Metalloberflächen
Unannehmlichkeiten mit sich.
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Andere bekanntgewordene Strahlsperrvorrichtungen beruhen darauf, daß
die Anode der zur Erzeugung der Kathodenstrahlen dienenden Vakuumröhre fest mit
dem einen Pol der Erregerspannungsquelle verbunden bleibt, während die Kathode durch
einen Schnellschalter, eine durch den aufzunehmenden Vorgang gesteuerte Elektronenröhrenschaltung
o. dgl. nur für sehr kurze Zeit an den entsprechenden Erregerspannüngspol gelegt
wird. Strahlsperrvorrichtungen dieser Art besitzen infolge der relativ langen Zünd-Periode
bei Entladungsröhren mit kalter Kathode oder wegen der -nicht klein genug zu haltenden
Kathodenkapazität meist beträchtliche Verzögerungszeiten.
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Es sind weiterhin Strahlsperranordnungen für Kathodensträhloszillographen
mit Glühkathode bekanntgeworden, bei denen die Sperrung durch eine auf ein negatives
Potential gebrachte, unmittelbar die Glühkathode umgebende Sperrelektrode erfolgt,
die auf den Elektronenstrahl parallel; aber entgegengesetzt zu seiner Fortpflanzungsrichtung
eine hrernsende Kraft ausübt. Der Nachteil dieser bekannten Anordnungen besteht
jedoch darin, daß infolge der Ausbildung des elektrischen Feldes zwischen der Steuerelektrode
und der Glühkathode verhältnismäßig hohe Sperrspannungen benötigt werden (etwa io
°% der Anodenspannung). Bei kalter Kathode ist das bekannte Prinzip überhaupt nicht
anwendbar.
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Die Erfindung betrifft eine Kathodenstrahloszillographenröhre, die
mit einer kalten Kathode ausgerüstet ist und bei der eine etwa zehnmal kleinere
Sperrspannung als bei den bisher bekannten Anordnungen dieser Art benötigt wird
(etwa, i % der Anodenspannung). Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht,
daß der mittels einer dauernd unterhaltenen Entladung erzeugte Elektronenstrahl
durch eine hinter der Anode angeordaete Sperrelektrode, Lochplatte oder Gitter;
abgebremst wird, deren Spannung gegenüber der Anodenspannung negativ und von solcher
Größe ist, daß die Elektronen beim Erreichen der Sperrung praktisch, d. h. ganz
oder nahezu die Geschwindigkeit Null haben, und daß hinter der erwähnten Sperrelektrode
bzw. bei Verwendung mehrerer Sperrelektroden hinter jeder Sperrelektrode eine Beschleunigungselektrode
angeordnet ist, die je nach der an sie gelegten, gegenüber der Kathode positiven
Spannung die Elektronen auf den gewünschten Wert beschleunigt: Die Sperrelektroden,
die mit einem Durchtrittsloch für den Elektronenstrahl versehen sein müssen, können
sowohl zwischen der den Elektronenstrahl erzeugenden Entladungsröhre und dem Ablenkraum
oder im Ablenkraüm selbst angebracht sein. Durch geeignete Schaltung ist dafür zu
sorgen, daß während der Sperrperiode die Absperrelektroden auf einem zur Absperrung
des Elektronenstrahles genügenden negativen Potential, Absperrspannung, gegenüber
der Anode bzw. Kathode gehalten werden. Die zum Schreiben eines Oszillogrammes,
zum einmaligen überfahren der Arbeitsfläche bei Fernseh- und Bildtelegraphieröhren
usw. erforderliche vorübergehende Freigabe des Elektronenstrahles erfolgt dadurch,
daß mittels einer einfachen oder kippfähigen Schaltvorrichtung; die von dem aufzuzeichnenden
Vorgang selbst ausgelöst sein kann, der betreffenden i#£bsperrelektrode auf eine
kurze Zeit eine zur Freigabe des Strahles genügende, zweckmäßig gegenüber der Kathode
positive Spannung, Freigabespannung, erteilt wird. Durch Veränderung der Schaltelemente
dieser Schaltvorrichtung kann ferner die Zeitdauer der Freigabe des Elektronenstrahles
in weiten Grenzen variiert werden. Da sich bei Kathodenstrahloszillographen häufig
die Kathode der Entladungsröhre und mit ihr ein Teil der die Sperrvorrichtung auslösenden
Schaltorgane auf hohem Potential gegen Erde be- i finden, müssen diese besonders
gegen elektrostatische, aber auch gegen magnetische Fremdfelder gut abgeschirmt
sein; sie können zweckmäßigerweise außerdem konstruktiv mit dem Kathodenstrahloszillographen
v er- j bunden werden.
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Als kippfähige Schaltungen können an sich bekannte Elektronenröhrenschaltungen
mit zwei stabilen Gleichgewichtslagen oder Kippschwingungsschaltungen Verwendung
finden, i ferner Schaltungen, welche die Verschiedenheit der Zünd- und Brennspannung
von Glimmlichtröhren, Blinkschaltungen, oder Funkenstrecken benutzen. Um die Auslösezeit
dieser Schaltungen möglichst herabzu- i setzen, kann bei Funkenstrecken in an sich
bekannter Weise eine Vorionisierung, z. B.
durch kurzwellige Strahlung,
stattfinden; bei Glimmlichtröhren kann zu demselben Zweck statt der kalten. Kathode
eine Glühkathode bzw. eine ständig brennende Hilfsentladung vorgesehen werden.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
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In der Abb. i ist eine Kathodenstrahlröhre mit kalter Kathode dargestellt.
Die Anodenspannung für 'die Kathodenstrahlröhre, deren Kathode mit 4.o und deren
erste Anode mit 6 bezeichnet ist, wird von einem Gleichrichterkreis 3 geliefert,
dessen positive Ausgangsklemme sich auf Erdpbtential befindet. Die negative Ausgangsklemme
ist mit der kalten Kathode 40 verbunden. Die erste Anode 6 und ebenso die zweite
Anode 6' sind außer all den positiven Pol der Gleichspannungsquelle noch über einen
Widerstand 41 an den Verbindungspunkt zweier Sekundärwicklungen 15 und 16 eines
Transformators angeschlossen, dessen Primärwicklung mit 2o bezeichnet ist. An den
Endpunkten der beiden Transformatorsekundärwicklungen liegen zwei Glimmröhren 2
i und 22, von denen die Röhre -2 1 sowohl wie die Röhre z2 die Verbindung zur Sperrelektrode
2 herstellt. Außerdem sind die beiden der Sekundärwicklung abgewendeten Röhrenelektroden
noch über die Widerstände 7 und 8 mit dem negativen Pol der Gleichspannungsquelle
verbunden. Zwischen den oberen Enden des Widerstandes 8 und Erde liegt ferner ein
Kondensator io und an der nichtgeerdeten Klemme der Pr imärwicklung 2o die Fernleitung
ig, auf welcher die zur Auslösung des Kippgerätes dienende Spannung ankommt.
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Die Anordnung nach Abb. i arbeitet in folgender Weise. Solange die
Leitung i9 stromlos ist, liegen die beiden Anoden 6 und 6' auf positivem Potential
gegenüber der Kathode 40, während die Sper relektröde 2 sich auf Kathodenpotential
befindet, da die beiden Glimmröhren 2i und 22 unter dieser Bedingung stromlos sind
und die Sperrelektrode 2 daher nur über die Widerstände 7 und 8 an den negativen
Pol der Gleichspannungsquelle angeschlossen ist. Wenn auf der Leitung ig eine auslösende
Spannung ankommt, zündet je nach der Polarität dieser Spannung die Röhre 21 oder
22; und es wird daher ein Stromweg geschlossen, der von Erde über den Widerstand
4, die Sekundärwicklungen 15 oder 16, die Röhren 21 oder 22, den Widerstand 8 und
den Widerstand 7 zum negativen Pol der Gleichspannungsquelle verläuft. Das Potential
der Sperrelektrode 2 verlagert sich also in positiver Richtung, d. h. der mittels
der ersten Anode 6 dauernd unterhaltene Elektronenstrahl wird freigegeben und durchfliegt
daher auch die zweite Anode 6'. Der einstellbare Kondensator io dient zur Einstellung
der Zeitkonstante des Kippgerätes.
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Abb.2 zeigt, wie durch eine Anordnung von mehreren Sperrelektroden
2 und Hilfsanoden 43 und 43' in mehreren Stufen eine erhöhte Sperrwirkung erhalten
werden kann. Bei dieser Anordnung werden die in die erste Anode 43, Hauptanode,
einfallenden Elektronen durch die oberste Sperrelektrode z abgebremst und gelangen
bei Öffnung der Sperrelektrode durch diese hindurch in das beschleunigende Feld
zwischen der Sperrelektrode und der nächstliegenden Hilfsanode 43', die mit der
Hilfsanode 43 der nächsten Stufe zu einem zusammenhängenden Körper verbunden ist.
In dieser Stufe sowie in der nächsten wiederholt sich der gleiche Vorgang nochmals.