DE720754C

DE720754C - Kathodenstrahlroehre

Info

Publication number: DE720754C
Application number: DET52247D
Authority: DE
Inventors: Dr Walter Graffunder
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1939-05-16
Filing date: 1939-05-16
Publication date: 1942-05-14
Also published as: FR851941A

Description

Die Erfindung betrifft eine Kathodenstrahlröhre, deren Entladungsstrom durch elektrostatische Querfelder sehr hoher Frequenz abgelenkt werden soll. Derartige Kathodenstrahlröhren können nicht nur für Oszillographen, sondern auch als Schaltröhren, Frequenzvervielfacher, Verstärker u. dgl. Verwendung finden.
Die gewöhnlichen Kathodenstrahlröhren mit elektrostatischer Ablenkung enthalten wenigstens zwei Ablenkplatten, an welche die Ablenkspannung angelegt wird. Bei hohen Frequenzen versagen diese Röhren, weil die Ablenkung des Strahles nicht mehr den angelegten

'5 Ablenkspannungen entspricht. Als Ursache wurde bereits die etwa der Ablenkperiodendauer entsprechende Elektronenlaufzeit innerhalb des Äblenkfeldes erkannt. Die Empfindlichkeit der Röhre wird zu Null, wenn die Länge der Ablenkplatten gerade mit der auf die Strahlgeschwindigkeit reduzierten Wellenlänge der Ablenkfrequenz oder einem Vielfachen dieser Wellenlänge übereinstimmt. Man kann für sinusförmige Ablenkfrequenzen durch Ändern der Beschleunigungsspannung eine gewisse Stahlempfindlichkeit sichern, jedoch gilt dies nicht mehr für zusammengesetzte Wellenformen, und außerdem ist für jede Ablenkfrequenz ein neuer Abgleich nötig. Für eine gegebene Länge der Ablenkplatten ist die Abgleichmöglichkeit beschränkt, da man die Strahlgeschwindigkeit, welche sich überdies nur mit der Quadratwurzel aus der Beschleunigungsspannung ändert, nicht beliebig ändern kann mit Rücksicht auf die Strahlkonzentration, die Helligkeit der Leuchtspur auf dem Auffangschirm und die mit zunehmender Strahlgeschwindigkeit abnehmende Empfindlichkeit. Man könnte den Einfluß der Elektronenlaufzeit im Ablenkfeld

auch durch "weitgehende Verkürzung der Ablenkplatten verringern, jedoch wäre der Kathodenstrahl dann nur sehr kurze Zeit dem Ablenkfeld ausgesetzt und infolgedessen die Ablenkempfindlichkeit gering. Es ist auch bekannt, die Ablenkelektroden als langgestreckte, parallel zum Kathodenstrahl verlaufende Leiter, die entweder aus einem geraden oder einem gewendelten Draht bestehen, auszubilden und diesen an dem der Kathode näher liegenden Ende die Ablenkspannung zuzuführen, während die kathodenfernen Enden entweder offengelassen oder kapazitiv für die Ablenkfrequenz kurzgeschlossen wurden. In '5 beiden Fällen bildet das Leiterende eine Reflexionsstelle, so daß sich längs der Leiter stehende Wellen ausbilden und der Kathodenstrahl auf seinem Weg zur Auffangelektrode eine wellenförmige Bahn beschreibt. Es ist ferner bekannt, die Strahlablenkung durch eine um den Kolben herumgelegte Bifilarwicklung zu bewirken; auch in diesem Fall traten jedoch längs der Strahlachse stehende Wellen auf, so daß ein Teil der erzielten Ablenkung wieder rückgängig gemacht wurde und die Ablenkempfindlichkeit klein blieb. Die Erfindung bezweckt", die völlige Ablenkempfindlichkeit ohne merkliche Frequenzabhängigkeit selbst bei Frequenzen aus dem Dezimeter- und Zentimeterbereich sicherzustellen.

Erfindungsgemäß werden bei einer Kathodenstrahlröhre, deren Kathodenstrahl durch Ablenkelektroden, die aus mindestens zwei zu beiden Seiten der Ruhelage des Kathodenstrahls angeordneten, vorzugsweise parallelen Leitern bestehen, die an den kathodenseitigen Enden mit Anschlüssen für die Ablenkspannungsquelle versehen sind, mit sehr hohen Frequenzen abgelenkt wird, die der Kathode abgekehrten Enden der Ablenkelektroden durch einen Widerstand reflexionsfrei abgeschlossen, so daß auf den Ablenkelektroden nur fortschreitende Wellen entstehen und der Kathodenstrahl auf der ganzen Länge des Ab- *5 lenkfeldes gleichsinnig abgelenkt wird.

Die Erfindung soll nunmehr an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Abb. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Kathodenstrahlso röhre mit dem Vakuumgefäß 1 und einem an der Stirnseite desselben angeordneten Leuchtschirm 2. Als Elektronenquelle dient eine Glühkathode 3, welche von einem Wehneltzylinder 4 umschlossen ist. Zur Beschleunigung der Elektronen ist eine blendenförmige Anode 5 vorgesehen. Die Ablenkung des Elektronenstrahls erfolgt in diesem Fall durch zwei zur punktiert eingezeichneten Ruhelage des Strahls parallele Leiter 6, 7, welche beispielsweise aus Drähten oder Metallbändern bestehen. Die der Kathode zugekehrten Enden 8 und 9 der beiden Leiter 6 und 7 sind aus dem Vakuumgefäß herausgeführt und werden an die Ablenkspannungsquelle angeschlossen. Die der Kathode abgekehrten Enden 10 und 11 sind durch einen Abschlußwiderstand 12 verbunden, der inner- oder außerhalb des Vakuumgefäßes angeordnet sein kann. Zweckmäßig wird als Abschlußwiderstand ein Ohmscher Widerstand verwendet. Bei richtiger Bemessung des Abschlußwiderstandes nach den aus der Leitungstechnik bekannten Grundsätzen ist es möglich, eine Reflexion der an den Leitern 6 und 7 entlang laufenden Wellen zu verhindern, so daß an den Ablenkelektroden nur fortschreitende Wellen vorhanden sind. Da die Größe des Abschlußwiderstandes nur vom Wellenwiderstand der aus den beiden Leitern 6 und 7 gebildeten Paralleldrahtleitung abhängt, ist sie praktisch frequenzunabhängig.

Die Wirkungsweise dieser Ablenkeinrichtung läßt sich folgendermaßen erklären: Wenn man die Strahlgeschwindigkeit im Ablenkraum gleich der Fortpflanzungsgeschwindigkeit der an den Ablenkelektroden 6 und 7 entlang laufenden Wellen macht, wird ein Elektron während der ganzen Zeit, die es zum Durchlaufen des Ablenkfeldes benötigt, gleichartig im Sinne der Ablenkspannung beeinflußt, da das auf das Elektron einwirkende Feld sich mit diesem verschiebt. Ist z. B. an den Punkten S und 9 gerade die Spannung XuIl vorhanden, wenn ein Elektron in den Ablenkraum eintritt, so wird auf dieses Elektron bis zu seinem Austritt aus dem Ablenkraum keine Ablenkung ausgeübt, da sich die Stelle der Spannung Null mit dem Elektron verschiebt, ist jedoch beim Eintritt eines Elektrons zwischen den Punkten 8 und 9 eine Spannungsdifferenz vorhanden, so wirkt diese während des ganzen Weges, der das Elektron zwischen den Ablenkelektroden zurücklegt, auf dieses ein. Infolgedessen hat die beschriebene Kathodenstrahlröhre eine äußerst große Ablenkempfindlichkeit selbst für sehr hohe Ablenkfrequenzen und behält diese Eigenschaft unabhängig von der Frequenz der Ablenkspannung bei.

Es empfiehlt sich, die Länge der Ablenk- wo elektroden 6, 7 möglichst groß zu machen, d. h. die Ablenkelektroden bis in die Xähe der Auffangelektrode zu führen. Die Ablenkelektroden brauchen übrigens nicht parallel zueinander zu verlaufen, sondern können auch auseinanderlaufen oder nach irgendeinem, z. B. exponentiellen Gesetz symmetrisch von der Ruhelage des Kathodenstrahls abgekrümmt sein, so daß z. B. auch bei größerer Ablenkung der Strahl in dem praktisch homogenen Teil des Feldes zwischen den Seiten verläuft. Wie oben erwähnt, ist es erforderlich, daß

die Wellenfortpflanzungsgeschwindigkeit längs der Äblenkelektroden gleich der Kathodenstrahlgeschwindigkeit sein muß. Da die Fortpflanzungsgeschwindigkeit einer Welle längs eines geraden Drahtes in Vakuum nahezu gleich der Lichtgeschwindigkeit ist und andererseits die Geschwindigkeit der den Strahl bildenden Elektronen nicht bis zu diesem Wert gesteigert werden kann, müssen Mittel zur

ίο Herabsetzung der Wellenfortpflänzungsgeschwindigkeit längs der Ablenkelektroden vorgesehen sein. Hierzu kann man beispielsweise gemäß Abb. 2, welche' einen Ausschnitt aus der in Abb. ι dargestellten Röhre zeigt, die beiden Ablenkelektroden 6 und 7 in ein isolierendes Medium 13, 14 mit hoher Dielektrizitätskonstante einbetten. Da die Fortpflanzungsgeschwindigkeit in einem Dielektrikum wesentlich geringer ist, kann man sie auf diese Weise auf einen Wert herabsetzen, der andererseits als Elektronenstrahlgeschwindigkeit ohne weiteres erreichbar ist. So ist z. B. die Fortpflanzungsgeschwindigkeit elektrischer Wellen in einem Medium der Dielektrizitäts-

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konstante ε gleich 77= der Lichtgeschwindigkeit. Durch Einbetten der Leiter in Wasser mit der Dielektrizitätskonstante 81 wird also die Geschwindigkeit auf etwa ¹J₉ reduziert.

Das verwendete Medium braucht aber keineswegs flüssig zu sein. So kann man die Drähte oder Platten 6 und 7 in keramische Massen einbetten, die eine noch wesentlich größere Dielektrizitätskonstante haben. Auch können die beiden Leiter außerhalb des Vakuumgefäßes angeordnet sein, wobei sich z. B. das Eintauchen der Leiter in Wasser besonders leicht durchführen läßt.

Einen anderen Weg zeigt die Anordnung nach Abb. 3, gemäß welcher die Ablenkelektroden nicht aus glatten Drähten,.sondern aus Drahtwendeln 61 und 71 bestehen. Da die Drahtlänge dieser Wendeln ein Mehrfaches der Abstände" der Punkte 8 und 10 bzw. 9 und

Φ5 11 beträgt, verschieben sich die Spannungszustände längs der Fortpflanzungsrichtung des Elektronenstrahls ebenfalls langsamer.

An Stelle von zwei Ablenkelektroden können selbstverständlich auch mehrere, z. B. drei oder vier Ablenkelektroden vorgesehen werden, mittels welcher man bei entsprechend phasenverschobener Speisung ein Drehfeld erzeugen kann.

Es gibt noch eine andere Möglichkeit zur Erzeugung einer kreisförmigen Ablenkung. Das Lechersystem (z. B. aus zwei bandförmigen Leitern bestehend) wird wendelförmig auf einen Zylinder aufgewickelt, in dessen Achse der Kathodenstrahl verläuft. Das Lechersystem bildet also- eine doppelgängige Schraube um den Kathodenstrahl. Sorgt man, z.B. dafür, daß die Steigung dieser Schraube etwa Vio des Umfanges beträgt, und bewegen sich die Elektronen des Kathodenstrahles wieder mit Vio Lichtgeschwindigkeit, so bildet die Spur des Strahles auf dem Leuchtschirm bzw. der Auffangelektrode einen Kreis.

Ein Ausführungsbeispiel zeigt Abb. 4. Die ein Lechersystem bildenden Ablenkelektroden 62, J2 sind um den zylindrischen Teil des Vakuumgefäßes 1 schraubenlinienförmig aufgewickelt und wie bei den vorhergehenden Beispielen am kathodenfernen Ende reflexionsfrei abgeschlossen. Der Kathodenstrahl beschreibt auf der aus acht Segmenten bestehenden Auffangelektrode 21 eine Kreisbahn.

An Stelle des in Abb. 1 dargestellten Leuchtschirmes 2 kann auch eine ein- oder mehrteilige Auffangelektrode treten.

Die Erfindung ist auch für gashaltige Rohren brauchbar, da der den Elektronenstrahl zusammenhaltende Ionenschlauch vermöge seiner Trägheit durch die hochfrequenten Ablenkvorgänge nicht beeinflußt wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Kathodenstrahlröhre, deren Kathodenstrahl durch Ablenkelektroden, die aus mindestens zwei zu beiden Seiten der Ruhelage des Kathodenstrahls angeordneten, vorzugsweise parallelen Leitern bestehen, die an den kathodenseitigen Enden mit Anschlüssen für die Ablenkspannungsquelle versehen sind, mit sehr hohen Frequenzen abgelenkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die der Kathode abgekehrten Enden der Ablenkelektroden durch einen Widerstand reflexionsfrei abgeschlossen sind.

2. Kathodenstrahlröhrenach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkelektroden aus gestreckten, band- oder drahtförmigen Leitern bestehen und in einen Stoff hoher Dielektrozitätskonstante eingebettet sind.

3. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkelektroden aus Drahtwendeln bestehen.

4. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkelektroden bis dicht an die Auffangelektrode heranreichen.

5. Kathodenstrahlröhre nach einem der vorhergehendenAnsprüche, gekennzeichnet durch einen Ohmschen Widerstand als Abschlußwiderstand.

6. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines Drehfeldes drei oder mehr Ablenkelektroden vorgesehen sind.

7. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenk-

elektroden außerhalb der Vakuumröhre angeordnet sind.

8. Kathodenstrahlröhre nach einem der Vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkelektroden von der Kathode weg symmetrisch zur Ruhelage des Kathodenstrahls auseinanderlaufen.

9. Kathodenstrahlröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der die Ablenkelektroden entlang laufenden Welle der Geschwindigkeit des Kathodenstrahls gleich ist.

ι O.Kathodenstrahlröhre nach Anspruch ι, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lechersystem als doppelgängige Schraube um einen Zylinder, dessen Achse der Kathodenstrahl bildet, derart aufgewunden ist, daß die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Wellen in axialer Richtung gleich der Strahlgeschwindigkeit ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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