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Schaltungsanordnung für ein elektrostatisches Ablenkplattenpaar Die
Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für ein mit einer Wechsielspannung betriebenes
Ablenkp.lattenpaar zur Ablenkung eines Elektronenstrahls, wie .es z. B. in Braunschen
Röhren oder in einer Einrichtung zur Herstellung eines inbermittierenden Elektronenstrahls,
einem Steuerorgan, das den in eine Vorrichtung, bei der die Schwingungs dauer der
hochfrequenten Beschleunigungsspannung von der Größenordnung der Laufzeit der Ladungsträger
in der Voirrichtung ist, eintretenden Elektronenstrahl synchron zur Hochfrequenzspannung
unterbricht (Phasenblende), Verwendung finden kann. Bekanntlich findet im allgemeinen
bei einer solchen Ablenkung ein Energieaustausch 7wischen Ablenkplattenpaar und
Elektronenstrahl statt, bei dem entweder Energie für die Ablenkung des Strahls verbraucht
oder dem Strahl in unkontrollierbarer Weise Energie entzogen wird.
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Wie Untersuchungen der Erfinderin ergeben haben, läßt @es sich durch
geeignete; Wahl der Betriebsdaten einer Schaltungsanordnung für ein elektrostatisches
Ablenkplattenpaar erreichen, daß die Ablenkung dies Elektronenstrahls im Mittel
ganz oder nahezu energielos erfolgt, und zwar nach der Erfindung dadurch, daß die
vorzugsweise veränderlichen Größen der Frequenz der Wechselspannung, der Geschwindigkeit
des Elektronenstrahls und der Länge des Ablenkplattenpaars geeignet aufeinander
abgestimmt werden, wobei sich die idealen Zustände
energieloser
Ablenkung als Wurzel der Gleichung sin p = o oder der Gleichung p - tg p, bei der
p= fL/2v gesetzt ist, bestimmen. Mit L ist die Länge der Platten des Ablenkpaares,
mit v die Geschwindigkeit, mit der die Elektronen in das. Plattenpaar eintreten,
mit f die Kreisfrequenz der Wechselspannung am Ablenkplattenpaar bezeichnet. Energielose
Ablenkung bedeutet, daß die Energie, die auf ein in einer, bestimmten Phase der
Wechselspannung in das Plattenpaar eintretendes Elektron während der Ablenkung übertragen
wird, Bemittelt über alle Phasen, Null ist. Die Lösung der Bedingung sin p = o ist
für alle ganzen Vielfachen von -i gegeben, während sich als Lösung der Gleichung
p = t- p Werte, die größer als -r sind, ergeben. Der kleinste Wert beträgt ,= 4,5.
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Um eine energielose Ablenkung zu erhalten, werden beispielsweise die
beeiden Ablenkplatten in bekannter Weise zu einem elektrischen Schwingungskreis
verbunden. Stößt man einen solchen Kreis, dessen' Eigenfrequenz f gemäß den vorstehenden
Bemnerkungen gegebenenfalls noch geeignet gewählt werden muß, zum Schwingen an,
so wird er den Elektronenstrahl in gewünschter Weise ablenken und hierzu keime andere
Energie verbrauchen als die, die durch ,die gewöhnliche Dämpfung des Schwingungskreisies
verlo.rengeht. Diese Dämpfüng wird man zweckmäßig auf ein Minimum reduzieren und
sodann die ganze Schaltungsanordnung im Zustand der energielosen Ablenkung so verstimmen,
- daß der Schwingungskreis seinen geringen Energieverlust infolge der Dämpfung dem
Elektronenstrahl entzieht. Auch jetzt verläuft die Ablenkung nahezu energielos.
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Ein elektrostatisches Ablenkplatt@enpaar in einer Schaltung nach der
Erfindung :eignet ,sich zur Verwendung in einer Phasenblende für -eine Vorrichtung,
bei der die Schwingungsdauer der hochfrequenten Beschleunigungsspannung von der
Größenordnung der Laufzeit der Ladungsträger in der Vorrichtung ist (Phasenlinse),
wie sie schon früher vorgeschlagen wurde. Dies sei an Hand der Abbildungen näher
erläutert.
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Die Abb. i zeigt eine besonders vorgeschlagene Anordnung einer Phasjenblende
mit einer Pbasenlins;e. Hierin ist i das Ablenkplattenpaar, das zusammen mit einer
gewöhnlichen Lochblende 2 die Phasenblende bildet, während 3 und q. Netzelektroden
bilden, an die eine beliebige Spannung gelegt sei. Man kann min zeigen, daß die
Elektronen einer hinreichend kurzen, in der Pfeilrichtung ausgedehnten und in dieser
Richtung auf das schmale Feld zwischen 3 und q. fliegenden Elektronenwolke nach
Passieren dieses Feldes zu einer bestimmten Zeit in einem PunktF zusammengeführt
werden, wenn die Spannung an 3 und q. während der Zeit des Elektronendurchgangs
durch das Feld hinreichend schnell linear ansteigt. Das Wechselfeld 7wischen 3 und
q. wirkt also analog einer Elektronenlinse, nuir daß hier nicht räumlich verschiedene
Elektronenstrahlen in einem Punkt vereinigt, sondern -eine Reihe von zeitlich hintereinander
dieselbe Bahn beschreibenden Elektronen zu einer bestimmten Zeit am gleichen Ort
zusammengeführt wird. Man kann hier von einer zeitlichen Fokussierung der Elektronen
sprechen und ein diese Wirkung hervorrufendes Wechselfeld als Phasenlins@ bezeichnen,
wenn man noch bedenkt, daß die Brennweite, d. i. die Entfernung des Brennpunkts
von dem Wechselfeld, von der Phase des Feldes abhängt. Um nun zu erreichen, daß
eine mit einer Wechselspannung betriebene Phasenlinse ihre Wirkung nur bei einer
bestimmten Brennweite ausübt, kann man vor die Linse 3, q. eine Phasenblende i,
2 setzen, wie dies in Abb. i gezeigt ist. Diese arbeitet in der Weise, daß der Elektronenstrahl
vor dem Loch der Blende 2 hin und her bewegt wird und nur immer dann, wenn die Ablenkspannung
an i durch Null geht, die Lochblende passieren kann. Damit der Elektronenstrahl
immer zur gleichen vorgegebenen Phase der Linsenspannung auf die Phasenlin e fällt,
mu@ß die Blendenspannung mit der halben Frequenz der Linsenspannung wechseln und
eine bestimmte Phasendifferenz gegen diese aufweisen. Man kann die Lochblende 2
und das Plattenpaar i auch so zueinander anordnen, daß ein Elektronenstrom nur darin
durch die Blende fließt, wenn die Ablenkspannung an i durch den einen ihrer Scheitelwerte
geht. In diesem Fall müssen Ablenkspannung der Blende und Linsenspannung die gleiche
Frequenz besitzen.
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Es ist selbstverständlich, daß das Wechselfeld 3, q. nur eine spezielle
Form einer Phasenlinse darstellt; diese Bezeichnung kommt vielmehr ganz allgemein
.einem elektrischen Wechselfeld zu, das eine zeitlich folzussierende Wirkung auf
eine Elelztronenserie auszuüben vermag.
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Von Wichtigkeit ist diese Anordnung von. Blende und Linse z. B. bei
einem Laufzeitgerät. Das elektrische Wechselfeld eines solchen Gerätes bildet eine
Phasenlinse, und es kommt für seinen Wirkungsgrad sehr darauf an, daß ein auf diese
Phasenlinse gerichteter Elektronenstrom stets nur zu einer bestimmten Phase des
Wechselfeldes im Laufzeitgerät
ankommt. Man kann dies, wie soeben
gezeigt, mit Hilfe einer Phasenblende erreichen.
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Abb.2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung von
Phasenblende und Phasenlinse nach der Erfinduhg.
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Die aus dem Plattenpaar i und der Lochblende 2 bestehlende Phasenblende
wirkt derart, daß ,sie einen: Elektronenstrom nur durchläßt, wenn ihre Wechselspannung
durch den einen: ihrer Scheitelwerte geht. Der Elektronenstrom wird also synchron
zurr Ablenkspannung unterbrochen. Dieser intermittierende Elektronenstrom trifft
nun auf ein Laufzeitgerät 5, z. B. einen: Pendelvervielfacher, das zur Erzeugung
elektrischer Schwingungen dient. 6 und 7 bedeuten die sekundäremissionsfähigen Kathoden
und 8 die Anode des Vervielfachers. Die Schwingungen entstehen in dem ,aus der Kapazität
9 und der Induktivität 1o bestehenden Schwingungskreis, der an 6 und 7 gelegt ist.
Ein ,Teil dieser Schwingungen wird bei i i abgenommen und dem an das Plattenpaar
i angeschlossienen Schwingungskreis ,aus der Induktivität 12 und dem Drehkondensator
13 dumch eine geeignete, z. B. induktive Kopplung zur Deckung der Energieverluste
durch die Dämpfung zugeführt. Erfolgen die zugeführten Schwingungen im Rhythmus
der El:ektronenstrahlunterbrechung in der Blende, ;so ergibt sich durch die Kopplung
von, Laufzeitgerät und Phasenblende eine zwangsläufige Stabilisierung der Unterbrechung
durch den einmal unterbrochenen Elektronenstrom.
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Unter Umständen kann es, wie bereits vorgeschlagen, zweckmäßig sein,
zwischen der Lochblende 2 und dem Laufzeitgerät eine zusätzliche Phasenlinse geeigneter
Wechselspannung von geeigneter Phase zur Blendenspannung (Ablenkspannung am Plattenpaar)
anzuordnen. Dadurch wird eine zeitlich-räumliche Fokussierung der einzelnen Wolken
des intermittierenden Elektronenstrahls und damit eine Steigerung des Wirkungsgrades
des Laufzeitgerätes erreicht.
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Es ist ganz allgemein bei einer Anordnung von Phasenlinse und Blende
zweckmäßig, eine schwingungsfähige Einrichtung im Elektronenstrahlgang so anzuordnen,
daß sie durch den unterbrochenen Elektronenstrahl zu Schwingungen angeregt wird
und zumindest einen. Teil dieser Schwingungen über eine Kopplung. dem Schwingungskreise
des Ablenkplattenpaars zuzuführen, um die Dämpfung in diesem Kreis aufzuheben und
um eine zwangsläufige Stabilisierung .der Unterbrechung des Elektronenstrahls in
der Blende durch den einmal unterbrochenen Elektronenstrahl herbeizuführen.
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Von den Zuständen energieloser Ablenkung eines Elektronenstrahls in
einem Plattenpaar, wie ,sie sich aus den oben angeführten Gleichungen sin p = o,
p = tg p ergeben, verdienen die Lösungen der zweiten Gleichung, insbesondere die
mit dem kleinsten positiven Wert von p"q.,5 den Vorzug, da die Dämpfung im Ablenkkreis
.durch diese Auswahl auf ein Minimum reduziert wird.