-
Kathodenstrahlröhre, deren Strahl der Meßspannung oder dem Meßstrom
proportional zwischen einander entgegenwirkenden Ablenksystemen parallel verschoben
und in seine ursprüngliche Achsenrichtung zurückgebogen wird Im allgemeinen ist
man bestrebt, eine Kathodenstrahlröhre nach einem linearen Ablenkungsgesetz arbeiten
zu lassen, damit Form und Verlauf der den Strahl ablenkenden elektrischen oder magnetischen
Kräfte möglichst naturgetreu und unverzerrt zur Darstellung kommen. Bekanntlich
ist diese Forderung erfüllt, wenn das elektrische oder magnetische Feld, durch das
sich der Strahl bewegt, vollkommen homogen ist.
-
Für besondere Zwecke kann dagegen eine Abweichung von dieser Linearität
verlangt werden, sei es, daß man den aufzuzeichnenden Vorgang in seinen Amplituden
zusammendrücken will und einen quadratischen oder logarithmischen Ordinatenmaßstab
wünscht oder sei es, daß die elektrische Größe, welche die Kathodenstrahlröhre steuert,
mit dem primären Vorgang, der aufgezeichnet werden soll, über ein nichtlineares
Gesetz in Verbindung steht, so daß der Oszillographenröhre die Aufgabe der Entzerrung
zufällt.
-
Zum Zweck einer nichtlinearen Ablenkung ist bereits die Verwendung
eines Ablenkfel-des bekanntgeworden, .dessen örtliche Feld-' stärke sich mit der
Strahlauslenkung verändert, was man durch entsprechende Ausgestaltung und Formgebung
der Ablenkplatten oder der magnetischen Polschuhe unschwer erreichen kann. In der
Praxis stößt diese Maßnahme jedoch aus zweierlei Gründen auf große Schwierigkeiten,
denn erstens ist die Formgebung des Ablenkfeldes ein dreidimensionales, räumliches
Problem, weil der Strahl ja um so mehr ausgelenkt wird, je weiter er in das Querfeld
eindringt und weil der Verlauf der Feldstärke in jeder Ebene senkrecht zur Strahlachse
demnach ein anderer sein muß, und zweitens muß die örtliche Änderung der Feldstärke
immer gering bleiben
gegen den Strahldurchmesser, damit die einzelnen
Zonen des Strahls nicht verschieden stark, abgelenkt und damit der Strahl nicht
elektronenoptisch verzerrt wird. Beide Ursachen schränken die praktische Anwendung
eines nichthomogenen Feldes außerordentlich stark ein.
-
Durch die Erfindung ist nun eine Kathodenstrahlröhre geschaffen, bei
welcher diese Einschränkung durch besondere Steuerungsmaßnahmen weitgehend beseitigt
ist. Ausgehend von einer Kathodenstrahlröhre, deren Strahl der Meßspannung oder
dem Meßstrom proportional zwischen einander entgegenwirkenden Ahlenksystemen parallel
verschoben und in seine ursprüngliche Achsenrichtung zurückgebogen wird - Röhren
dieser Art sind für die Zwecke der Intensitätssteuerung bekanntgeworden - besteht
die Erfindung darin, daß der parallel verschobene Teil des Strahles ein inhomogenes
Quersteuerfeld durchsetzt, welches ebenso wie die Verschiebungsfelder von der Meßspannung
oder dein Meßstrom erzeugt wird. Dadurch wird das nichthomogene Ablenkfeld in zwei
Ebenen ausgenutzt, so daß man das verlangte Ablenkgesetz sehr viel einfacher und
besser sowie in weiterem Umfang praktisch verwirklichen kann.
-
In Abb. i ist eine Oszillographenröhre dargestellt, welche ein praktisches
Ausführungsbeispiel der Erfindung mit elektrostatischer Ablenkung darstellt.
-
Der aus dem elektronenoptischen System K-Al-A2 austretende Elektronenstrahl
durchläuft vier Ablenkfelder P1 bis P4, deren Kraftlinien den Strahl in der vertikalen
X-Y-Ebene ablenken. P1 und P2 sind gegenphasig geschaltet und gleich und wirken
so, daß sie den Strahl unter der Einwirkung einer angelegten Spannung' E um den
Betrag y parallel verschieben. Diese Parallelverschiebung wird in dem zweiten Feldpaar
P3-P4 wieder aufgehoben, so daß der Strahl bei seinem Austritt aus P4 wieder seine
ursprüngliche Lage und Richtung in der X-Achse hat. Wie be-
reits erwähnt,
ist diese Parallelverschiebung des Strahles (hin und zurück) bereits bekannt.
-
Zwischen P3 und P, befindet sich nun das Ablenkfeld P;" welches die
eigentliche Quersteuerung verursacht und welches zu diesem Zweck ebenfalls von der
Meßspannung E erzeugt wird. Die Platten von P, sind jedoch senkrecht zu den Platten
der vorhergehenden Felder angeordnet und lenken den Strahl infolgedessen in der
X-Z-Ebene ab. Durch die aus der Abbildung ersichtliche Formgebung und Krümmung der
Platten P, wird erzielt, daß die ablenkende Feldstärke von der Ordinate y abhängig
ist; in dem hier gewählten Beispiel wird sie um so schwächer, je weiter der Strahl
in der y-Richtung aus seiner Achse ausgelenlct wird. Mit zunehmender Spannung wandert
der Strahl also immer höher durch das Feld P.5, und das bedeutet: Die Ablenkempfindlichkeit
der Röhre wird um so "geringer, je größer die Ablenkspannung E ist. Man erhält offenbar
auf diese Weise ein nichtlineares Ablenkgesetz, dessen Funktion durch die Formgebung
der Ablenkplatten P;, festliegt. Da die Ablenkung nicht nur umgekehrt proportional
dem Plattenabstand, sondern zugleich proportional der Plattenlänge in der Strahlrichtung
ist, kann man außer einer Krümmung der Platten 1'$ auch deren Umrandung zur Verwirklichung
des verlangten Ablenkgesetzes heranziehen.
-
Die genaue Berechnung der Form und der Krümmung der Platten P;, muß
natürlich von der verlangten Empfindlichkeitskurve ausgehen und kann je nach dieser
Funktion zu sehr komplizierten Resultaten führen, auf die hier nicht eingegangen
werden kann. Um jedoch die Nachb°_nutzung der Erfindung durch andere Sachkundige
möglich zu machen, ist nachstehend ein einfaches Beispiel berechnet, nämlich eine
Röhre, deren Platten P,, die in Abb. 2 gezeigte Dreiecksform haben und parallel
zueinander angeordnet sind. Um die Empfindlichkeitskurve dieser Röhre zu ermitteln,
wird zunächst die Ablenkempfindlichkeit a, in der X-Z-Ebene eingeführt; sie ist
wie bei jeder gewöhnlichen Oszillographenröhre der Feldstärke C, zwischen den Platten
P;, und der Länge Z des Ablenkfeldes proportional a, = K-Cz-I, wenn a den
Ablenkwinkel und K die Röhrenkonstante bedeuten, welche Strahlgeschwindigkeit, Strahllänge
usw. enthält. Darin ist die Feldstärke durch die an die Platten gelegte Spannung
E und durch den Plattenabstand d gegeben zu C, = Eld, so daß man für die
Empfindlichkeit erhält
Außer dieser Ablenkung in der X-Z-Ebene ist nun noch zu berücksichtigen, daß der
Strahl gleichzeitig auch in der X-I'-Ebene ausgelenkt oder, richtiger gesagt, parallel
verschoben wird, und zwar um den Betrag y=h-E, wenn h den durch die beiden Ablenkfelder
P, und P2 sowie durch ihren gegenseitigen Abstand gegebenen Proportionalitätsfaktor
bedeutet. Wenn sich nun aber der Strahl in der y-Richtung durch das dreiecksförmige
Ablenkfeld P5 verschiebt, ändert sich die wirksaure
Länge des Ablenkfeldes
proportional dieser Verschiebung, und zwar ist, wie man aus Abb. z leicht entnehmen
kann,
wenn I_ die Grundlinie und h die Höhe der Dreieckplatten bedeuten. Durch
Einsetzen dieser Formeln erhält man die endgültige Empfindlichkeit zu
Man sieht, daß diese einfache Röhre mit dreieckigen und parallelen Ablenkplatten
P;, eine quadratische Empfindlichkeitskurve hat, deren Parameter durch die Abmessungen
und Daten der Röhre festgelegt ist.
-
Will man dem Kurvenparameter bei gegebener Röhre einen beliebig veränderlichen
Wert erteilen, dann kann man so vorgehen, daß man an die Platten P,, nicht die volle
Spannung E, sondern nur einen Teil, nämlich 1/17- E, legt, den man
von einem hocholimigen Spannungsteiler abgreift. Unter diesen Umständen ist für
das Feld von P@ zu setzen
und durch Einsetzen wie vorher erhält man
Man sieht, daß die Spannungsteilung V in den Kurvenparameter der Parabel eingeht
und daß man diesen also durch Einstellung der Spannungsteilung außerhalb der Röhre
in weiten Grenzen ändern kann. Natürlich besteht ohne weiteres auch die «Möglichkeit,
E in urngelcehrtem Verhältnis zu teilen, d. h. die Spannung an P1 bis P4 kleiner
zu machen als an P5.
-
Will man eine umgekehrte Empfindlich-, keitskurve erzielen, nämlich
so, daß die Auslenkung mit der Wurzel aus der angelegten Spannung sinkt, d. h. so,
daß a= A IIE ist, dann erhält man ähnlich wie vorher die Formeln
und daraus
Es kommt hiernach also darauf an, daß das Feldformat lld mit zunehmendem y immer
kleiner wird, was man sowohl durch entsprechende Änderung von L als auch
von d sowie von :beiden Größen zugleich erreichen kann.
-
An Hand dieser einfachen Berechnungen ist leicht zu erkennen, daß
man durch geeignete Formgebung und Krümmung der Platten P;, der resultierenden Empfindlichkeitskurve
jeden beliebigen Verlauf, z. B. logarithmischen oder exponentiellen Verlauf, geben
kann. Ebenso wie mit elektrostatischer Ablenkung läßt sich die Kathodenstrahlröhre
gemäß der Erfindun k auch mit magnetischer Ablenkung oder mit kombiniert elektrostatischer
und magnetischer Ablenkung verwirklichen, wobei Krümmung und Gestalt der die Magnetfelder
liefernden Polschuhe in ähnlicher Weise wie die hier beschriebenen Ablenkplatten
zu b ehandeln sind.
-
Zum Schluß sei noch bemerkt, daß sich die erfindungsgemäße Röhre auch
dazu eignet, eine lineare Zeitablenkung herzustellen, ohne zu diesem Zweck einer
dreiecksförmigen Kippspannung o. dgl. zu bedürfen. Ordnet man nämlich das Ablenkfeld
P5 symmetrisch zur Strahlachse k an, dann läßt sich erreichen, daß bereits eine
sinusförmige Ablenkspannung eine zeitproportionale Bewegung des Elektronenstrahls
verursacht, über die in der Y-Richtung eine zweite, dem Meßvorgang entsprechende
Bewegung, z. B. vermittels eines hinter P4 befindlichen Ablenksvsteins, überlagert
werden kann; auf diese Weise wird der Meßvorgang unmittelbar in seinem zeitlichen
Verlauf aufgezeichnet.