DE720676C - Anordnung zur Konzentration eines Elektronenstrahlenbuendels zu einem fadenfoermigen Strahl in einer hoch evakuierten Roehre mit Gluehkathode - Google Patents

Description

Die Erfindung bezweckt, in einer hoch evakuierten Röhre mit Glühkathode, insbesondere in einem Kathodenstrahloszillographen, das von der Kathode ausgesandte Elektronenstrahlenbündel zu einem fadenförmigen Strahl zu konzentrieren, so daß beispielsweise auf dem Schirm eines solchen Oszillographen ein punktförmiges Bild entsteht, das dann in bekannter Weise durch elektrische oder magnetische Ablenkung zur Aufzeichnung von Schwingungen verwendet werden kann. Um nun einen solchen fadenförmigen Strahl zu erhalten, ist es bereits bekannt, Diaphragmen (Blenden) anzuordnen, durch die ein Großteil der ausgesandten Elektronen zurückgehalten wird, so daß nur ein verhältnismäßig dünnes Büschel durch die Blenden hindurchgeführt wird. So wird in dem bekannten Langmuirschen Oszillographen das Elektronenstrahlenbündel durch ein die Anode bildendes Diaphragma hindurchgeführt, an das sich ein rohrförmiger Raum anschließt. Der durch das erste Diaphragma abgeschnittene Elektronenstrahl durchläuft den rohrförmigen-Raum und tritt aus diesem durch ein weiteres Diaphragma aus. Von dort gelangt der Elektronenstrahl zwischen elektrische oder magnetische Beeinnussungs-(Ablenkungs-) Mittel. Bei dieser Einrichtung ^A liegen beide Diaphragmen und der rohrförmige Teil zwischen ihnen auf dem Anodenpotential. Die Konzentration des Elektronenstrahlenbündels, die mit der bekannten Einrichtung erzielt wird, ist wenig befriedigend. Hierbei sei darauf hingewiesen, daß der rohrförmige, auf dem Anodenpotential liegende Körper zwischen den beiden Diaphragmen nicht zur Konzentrierung des Elektronenstrahlenbündels dient, sondern lediglich ein den Durchtritt der Elektronen sicherndes Feld erzeugt.

Bei dem weiterhin bekannten Osziüographen von George wird eine Konzentrierung des durch ein Diaphragma hindurchgetretenen Elektronenstrahlenbündels durch das Zusammenwirken des Anodenpotentials einerseits mit dem Potential des Diaphragmas und eines mit diesem verbundenen rohrförmigen Körpers andererseits erzeugt. Der genannte rohrförmige Körper umschließt hierbei die Anode. Hierdurch wird ein nach der Anode zu konvergierendes Hochspannungsfeld erzeugt. Um bei der letztgenannten Ausführungsform die Konzentrierung des Elektronenstrahlenbündels durchzuführen, muß die Anode durch ein von außen zu betätigendes Einstellglied gehoben oder gesenkt werden. Eine derartige Einstellung erschwert

nicht nur den ganzen Aufbau der Röhre, sondern auch deren Handhabung; insbesondere wird ein Laie immer große Schwierigkeiten haben, das Maximum der Elektronenstrahlenkonzentration zu erreichen. Schließlich ist die in Rede stehende bekannte Einrichtung auch für die Anordnung der Ablenkungsmittel wenig günstig.

Ferner ist auch eine Anordnung bekannt,

ίο bei der im Wege des Elektronenstrahlenbündels zwischen der Anode und dem Schirm an steigende Spannungen angelegte Blenden vorgesehen sind. Mit diesen Blenden wird jedoch keine Konzentrierung, sondern nur eine Beschleunigung der Elektronen auf dem Wege zum Schirm bewirkt.

Die Erfindung zeichnet sich gegenüber dem Bekannten durch eine wesentlich bessere Konzentrationswirkung, durch einen einfachen Röhrenaufbau und leichte Handhabung aus. Auch bei der Anordnung gemäß der Erfindung wird das Elektronenstrahlenbündel durch mindestens zwei Diaphragmen hindurchgeschickt, die zwischen der Kathode und Anode angeordnet sind.

Die wesentlichen Merkmale der Erfindung bestehen darin, daß das Elektronenstrahlenbündel anschließend an jedes Diaphragma durch einen rohrförmigen Teil hindurchtritt und daß die Diaphragmen (Blenden) sowie die anschließenden rohrförmigen Teile gemeinsam an eine Spannung gelegt sind, die einen solchen Bruchteil der Spannung der Anode beträgt, daß die Konzentration des Elektronenstrahlenbündels auf dem Leuchtschirm ein Maximum wird. Weiterhin ist die Anode derart angeordnet, daß sie sich in Richtung des Elektronenstrahlenbündels hinter der Ebene des letzten Diaphragmas be-40. findet, aber nicht in den an das Diaphragma anschließenden rohrförmigen Teil hineinragt, so daß sie das Feld innerhalb des aus den Diaphragmen und den anschließenden rohrförmigen Teilen bestehenden Konzentrationsorganes im Gegensatz zu dem oben näher behandelten Oszillographen von George nicht oder nicht wesentlich zu beeinflussen vermag. Die gemeinsame Spannung der Diaphragmen und der anschließenden rohrförmigen Teile wird beispielsweise mittels eines Präzisionspotentiometers erzeugt.

Die Einstellung der notwendigen Spannungsverhältnisse zwischen dem Konzentrationsorgan und der Anode kann auf Grund der Beobachtung erfolgen, daß das auf einem phosphoreszierenden Schirm entstehende Bild eines Kathodenstrahles seine Gestalt ändert, wenn man das Verhältnis der Spannung des Konzentrationsorganes zu der Anodenspannung ändert. Bei einem bestimmten W^Tert ergibt sich das punktförmige Bild. Wählt man dagegen das Potential des Konzentrationsorganes zu groß oder zu klein, dann wird das Bild entweder linear oder flächenhaft in zwei Richtungen zerstreut.

Die genaue Einstellung des besten Wertes des Spannungsverhältnisses zwischen dem Konzentrationsorgan und der Anode braucht nicht dem Benutzer der in Rede stehenden Einrichtung überlassen zu werden, sondern kann schon bei der Herstellung der Röhre ein für allemal festgelegt werden. Denn bei dem Erfindungsgegenstand ist die Konzentration nur von dem genannten Verhältnis, nicht aber von der absoluten Größe der angewandten Spannungen abhängig. Nachdem also dieses Verhältnis bei der Herstellung festgelegt ist, ergibt sich bei der Benutzung der Einrichtung stets mit Sicherheit das Optimum der Konzentration. Die vom Benutzer vorgenommenen Änderungen in der Höhe der angewendeten Spannung haben dann lediglich einen Einfluß auf die Leuchtkraft des Fleckes und auf die Empfindlichkeit des Elektronenstrahles gegen Abweichungen.

Die Erfindung sei an Hand der Zeichnungen in Anwendung auf einen Metall- und einen Glaskathodenstrahloszillographen beschrieben. Es zeigen:

Fig. ι einen Querschnitt durch eine metallische Röhre mit Glühkathode,

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Glaskathodenstrahloszillographen.

In Fig. ι ist mit C die Hauptkammer bezeichnet, die mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Hochvakuumluftpumpe mittels eines Ventils .Y verbunden werden kann. Die Kammer ist auf der einen Seite durch eine Platte T abgeschlossen, durch die die Spannungszuführungen isoliert in die Kammer J00 eingeführt werden. Insbesondere sind hierfür bei der Erfindung vier Öffnungen vorgesehen, nämlich zwei für die Zu- und Ableitung des Heizfadens F, eine für ein Modulationsgitter / und eine für das daran anschließende Konzentrationsorgan Γ. Auf der anderen Seite schließt sich an die Kammer C ein Teil D an. der die Vorrichtungen zur Ablenkung des Elektronenstrahlenbündels zwecks Aufzeichnung von Vorgängen trägt bzw. enthält. Diese Ablenkungsmittel für den Elektronenstrahl sind Spulen zur Erzielung einer magnetischen oder Platten zur Erzielung einer elektrostatischen Ablenkung". Diese Teile können in üblicher Weise ausgeführt sein, und es ist daher hier nicht näher auf sie eingegangen. Anschließend an den Teil D ist ein konischer Teil E vorgesehen, der schließlich zu dem Beobachtungsglasfenster G führt, das als Leuchtschirm ausgebildet ist. Zweckmäßig ist das Fenster mit einer dünnen Metallschicht überzogen, so daß es zusammen mit den gleich-

falls aus Metall bestehenden Teilen D und E die Anode der ganzen Vorrichtung bildet. Als Glühkathode F dient vorteilhaft ein aus Platiniridium bestehender, mit Oxyden bedeckter Draht, der bekanntlich Elektronen schon bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen aussendet.

Das Konzentrationsorgan P gemäß der Erfindung- besteht aus zwei rohrförmigen Teilen d, d, an deren Eingangsende sich je ein Diaphragma d_t befindet. Vorteilhaft wird der Durchmesser des an das erste Diaphragma anschließenden rohrförmigen Teiles größer als der des zweiten rohrförmigen Teiles ausgeführt. Die Diaphragmen selbst können eben oder auch konisch ausgeführt sein.

Die Heizung des Glühfadens F erfolgt von einer Batterie r über einen Regelwiderstand. V₁ ist die Spannungsquelle für die Modulationsspannung des Gitters /.

Die Anodenspannung wird im Ausführungsbeispiel über einen Transformator und einen Gleichrichter R einer Stromquelle entnommen. Durch leitende Verbindung der Teile D, E und G werden alle diese an die gleiche Spannung gelegt. Die üblichen Werte für die Gesamtspannung sind etwa 1500 bis 2000 V. Das Konzentrationsorgan P wird mit Hilfe eines Potentiometers an eine Spannung gelegt, die erfindungsgemäß so gewählt wird, daß die Konzentration des Elektronenstrahlenbündels ein Maximum wird. In der Praxis hat es sich herausgestellt, daß der günstigste. Wert für das Potential des Konzentrationsorgans, der natürlich für die einzelnen Röhren ein verschiedener ist, im allgemeinen zwischen ¹J₂ und ¹I₄, der Anodenspannung liegt.

Sollte es schwierig sein, eine genaue Spannungsregelung mit Hilfe eines Potentiometers bei der Gesamtspannung bis zu 2000 V einzuhalten, dann kann ein Potentiometer von 100 000 Ohm in Reihe mit zwei geeignet bemessenen nicht gezeichneten Widerständen zur Spannungseinstellung benutzt werden. Verändert man nun allmählich die Spannung des Konzentrationsorganes P gegenüber der Anodenspannung, so stellt man folgendes fest. Der auf dem Schirm G zuerst als breites Band erscheinende Fleck wird schmaler und schließlich linienförmig. Die Linie schrumpft dann in ihrer Länge zusammen und wird dann schließlich zu einem ¹Z₄ mm großen Punkt. Dies ist die günstigste Einstellung.

Steigert man nämlich die Spannung darauf noch weiter, dann wächst der Fleck zunächst in linienförmiger Ausdehnung. Diese Linie ist im wesentlichen um 90⁰ zu der ersten verschoben. Schließlich wird auch aus dieser Linie ein zerstreutes Band ähnlich dem bei viel niedrigeren Potentionalen. Der Erfinder hat festgestellt, daß das Verhältnis zwischen der mittleren und der Gesamtspannung der einzige für die Beibehaltung des punktförmigen Bildes wesentliche Faktor ist und daß bei Herabsetzung der Gesamtspannung die Empfindlichkeit des Oszillographen hinsichtlich Ablenkbarkeit des Kathodenstrahls gesteigert werden kann, ohne daß die Begrenzung des Punktbildes schwächer wird. Bei dem beschriebenen Apparat überschreitet der von der Röhre verbrauchte Strom niemals den Wert von 1 Mikroampere bei Lieferung eines brillanten punktförmigen Bildes von etwa ^x/₄ mm Größe.

Die Kammer C ist von den die Anodenspannung ' führenden metallischen Teilen D, E und G durch eine durchbohrte Isolierscheibe H aus Ebonit, Quarz o. dgl. getrennt. Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, liegt die Anode in Richtung des Elektronenstrahls erst hinter der Ebene des letzten Diaphragmas, so daß sie das Feld innerhalb des Konzentrationsorganes nicht oder nicht wesentlich zu beeinflussen vermag.

Es hat sich nun als vorteilhaft erwiesen, auch die Kammer C an ein Potential V^ (Batterie) zu legen, und zwar an ein gegenüber der Kathode negatives. Durch diese Spannung kann die durch das Gitter / hervorgerufene Modulierung des Elektronenstromes nach Wunsch beeinflußt werden.

Die Ausführung der Kathodenstrahlröhre aus Glas gemäß Fig. 2 ist im Prinzip ähnlich der der vorher beschriebenen Metallkathodenröhre. Das Innere der Röhre ist metallisiert, um die gewünschte Potentialverteilung zu erhalten. Die Isolierplatte H, die bei dem ersten Ausführungsbeispiel die Anode von der Kammer C isolierte, kann in diesem Fall weg- 1°° fallen und einfach durch einen nicht metallisierten Teil H, der Glaswandung ersetzt werden. Ein einziger Glasfuß ähnlich dem bei Dreielektronenröhren üblichen trägt den Heizfaden F, die modulierende Elektrode / und das Konzentrationsorgan P. Die Beeinflussungsmittel für magnetische- Ablenkung sind in diesem Fall nicht dargestellt. Dem Teil C wird vorteilhaft ein gegenüber der Kathode negatives Potential verliehen, während die Teile £ und G die Anodenspannung und das Konzentrationsorgan eine solche auf Grund von Beobachtungen zu ermittelnde Spannung erhält, bei der die Konzentration des Elektronenstrahlbündels ein Maximum wird. Die durch Metallisierung erzeugte Anode ist hierbei wiederum so angeordnet, daß sie in Richtung des Elektronenstrahls hinter dem letzten Diaphragma des Konzentrationsorganes P liegt. Die in Fig. 1 angegebene Schaltung findet hier entsprechende Anwendung.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   ι. Anordnung zur Konzentration eines Elektronenstrahlenbündels zu einem fadenförmigen Strahl in einer hoch evakuierten Röhre mit Glühkathode, insbesondere einem Kathodenstrahloszillographen, bei der die Elektronen nach dem Austritt aus der Kathode durch zwei oder mehrere Diaphragmen (Blenden) geführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektronenstrahlenbündel anschließend an jedes Diaphragma durch einen röhrenförmigen Teil hindurchtritt und daß (beispielsweise mittels eines Präzisionspotentiometers) die Diaphragmen (Blenden) (^₁) und die anschließenden rohrförmigen Teile (d) gemeinsam an eine Spannung gelegt werden, die einen,, solchen Bruchteil der Spannung der in Richtung des Elektronenstrahles hinter der Ebene des letzten Diaphragmas befindlichen, aber nicht in den an das Diaphragma anschließenden rohrförmigen Teil hineinragenden Anode beträgt, daß die Konzentration des Elektronenstrahlenbündeis auf dem Leuchtschirm ein Maximum wird.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Konzentrationsorgan (P) aus zwei zueinander zentrierten Röhren (d) verschiedenen Durchmessers besteht, deren größere, nach der Kathode zu gelegene, an jedem ihrer Enden durch ein Diaphragma begrenzt ist.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, welche unmittelbar hinter der Kathode ein Modulationsgitter trägt, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter (/) und das Konzentrationsorgan (P) wenigstens teilweise von einem Röhrenteil (C) umgeben sind, welcher auch die Kathodeumgibt und der gegen die durch den restlichen Teil der Röhre gebildete Anode isoliert ist, und daß dieser Teil an einer Spannung liegt, die von der der Kathode und des Gitters (/) abweicht, um die durch das Gitter herbeigeführte Modulation des Elektronenstrahlenbündels beeinflussen zu können.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen