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Einrichtung zur Erzeugung mehrerer Elektronenstrahlen in einer Kathodenstrahlröhre
Bekanntlich wind in der Technik vielfach die Aufgabe gestellt, mehrere zusammengehörige
oder miteinander korrespondierende Vorgänge gleichzeitig und mit übereinstimmenden
Zeitmaßstäben zu registrieren oder zu oszillographieren, beispielsweise Ströme und
Spannungen in verketteten elektrischen Schaltungen oder in den einzelnen Phasen
eines Mehrphasensystems u. dgl. Gewöhnlich führt man derartige Mehrfachoszillographierung
mit getrennten Instrumenten durch, die einen gemeinsamen Registrierstreifen beschriften.
Finden wegen ihrer Trägheitslosigkeit und wegen ihrer leistungslosen Steuerbarkeit
Braunsche Kathodenstrahlröhren Verwendung, so sind mehrere nebeneinander anzuordnende
Röhren sehr unpraktisch, weil dieselben wegen der verhältnismäßig großen Abmessungen
ihrer Fluoreszenzschirme ziemlich weiten Abstand voneinander haben müssen und die
demzufolge .einen breiten Registrierstreifen erfordern.
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Um diesen unerwünschten Raumbedarf zu vermindern, ist man bekanntlich
dazu übergegangen, mehrere Kathodenstrahlen mit ihren Strahlerzeugungs- und Ablenkungsvorrichtungen
in einem einzigen. Vakuumgefäß unterzubringen. Am nächsten liegt natürlich der Gedanke,
jeden Kathodenstrahl mit einer eigenen Kathode und mit jeweils dazugehörigen elektronenoptischen
Abbildungssystemen zu erzeugen, weil man dazu einfach die vorhandenen Einrichtungen
von Einstrahlröhren benutzen kann. Praktisch ergibt sich jedoch bei solchen Anordnungen
der große Nachteil, daß die Einzelsysteme nur schwer so gleichmäßig gebaut werden
können, daß alle Strahlen genau gleiche Betriebsverhältnisse haben, so daß die günstigste
Einstellung der Fleckschärfe usw. für jeden Strahl besonders vorgenommen werden
muß.
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Aus diesem Grunde ist man dazu übergegangen, die Strahlerzeugungssysteme
miteinander zu kombinieren, sei es, daß man einer gemeinsamen Kathode mehrere Blendenöffnungen
oder Abbildungsoptiken, die in zusammenhängende Anodenbleche eingebaut sind, gegenüberstellt,
oder sei es, daß man mehrere nebeneinanderliegende Emissionszentren durch eine einzige
'Linse abbildet, oder sei es schließlich, daß man einen ursprünglich zusammenhängendem
Elektronenstrahl durch dünne Drähte oder Bänder in mehrere Einzelstrahlen zerschneidet.
Alle diese Methoden weisen Nachteile auf, weil die elektronenoptischen Gesetze bzw.
die geometrischen Abbildungsverhältnisse für die einzelnen nicht genau gleichgemacht
werden
können und, weil, was man besonders am letzten Beispiel sieht, in jedem Einzelstrahl
nur ein Bruchteil der gesamten Emissionsfähigkeit der Kathode ausgenutzt werden
kann. Praktisch bedeutet das, daß eine nach diesen Gesichtspunkten gebaute Zehrstrahlröhre
niemals die Helligkeit und Fleckschärfe haben kann wie eine Einfachröhre.
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Erfindungsgemäß sind zur Erzeugung mehrerer Elektronenstrahlen in
einer Kathodenstrahlröhre zwischen einer ein flaches Kathodenstrahlbündel liefernden
Kathodenstrahlerzeugungsvorrichtung und einem Leuchtschirm oder entsprechenden Fangelektroden
mindestens zwei den Strahl unterteilende und konzentrierende elektrische oder magnetische
Zylinderlinsen vorgesehen, :deren Zylinderachsen senkrecht zur größten. Ausdehnung
des Strahles stehen.
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Um den Erfindungsgedanken genauer zu veranschaulichen, sei an .Hand
der perspektivischen Darstellung in Abb. i ein praktisches Ausführungsbeispiel des
Strahlerzeugungssystems in einer dem Erfindungsprinzip entsprechend gebauten Mehrstrahlröhre
beschrieben. Die Kathode K, welche die den Strahl bildenden Elektronen liefert,
ein langgor estreckter Glühfaden, eine eng gewickelte Glühwendel oder eine indirekt
beheizte O:i-ydkathode wird z. T. von einem trogförmigen 1VIetallschirm S umgeben,
der auf die Elektronen elektronenoptisch wie ein zylindrischer Parabolspiegel auf
Lichtstrahlen wirkt. Es entsteht dadurch ein bandförmiger Elektronenstrahl von rechteckigem
Querschnitt und von der Breite der Kathode, wie er durch die schraffierten Flächen
angenähert veranschaulicht werden mag. Zur weiteren Steigerung der Konzentration
kann in diesen Strahlengang noch eine elektrische Zylinderlinse L, eingeschaltet
werden, deren Achse in der Mittelebene des Parabolspiegels S liegt. Diese ist in
dem abgebildeten Ausführungsbeispiel in Gestalt eines länglichen Kondensatorfeldes
dargestellt, das zwischen den beiden. Platten P,' und P1" entsteht, wobei diese
beiden Platten gleichzeitig als Anoden wirken mögen. Durch die Strahlenbrechung
in diesem länglichen Linsensystem wird :der Strahl in der durch die Kathode gehenden
Ebene so stark konzentriert, daß z. B. auf dem Fluoreszenzschirm F ein strichförmiger
Leuchtfleck entstehen würde.
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Der aus der Zylinderoptik L1 austretende Flachstrahl wird nun durch
mehrere in der Abbildung drei weitere Zylinderlinsen L2, L, und L4, deren Achsen
zu der Achse des ursprünglichen Konzentrierungssystems S und L1 senkrecht stehen,
unterteilt. In dem dargestellten Beispiel bestehen auch diese Zylinderlinsen aus
einfachen Zweiplattenkondensatoren, deren Platten z. B. alle gleiches negatives
Ruhepotential führen mögen. Man kann nun die einzelnen Linsen aus je zwei Platten
aufbauen, wozu man insgesamt also sechs Platten benötigen würde, andererseits kann
man aber auch mit nur vier Platten P, Ps, P3 und P4 auskommen, wie es in der Abbildung
gezeigt ist, und die Zylinderlinsen mit ihren Seitenflächen unmittelbar aneinanderstoßen
lassen. Die zwischen diesen vier Platten entstehenden Felder üben ihre konzentrierende
Wirkung in der durch die Kathode gehenden Ebene, d. h. senkrecht zu dem ursprünglichen
Abbildungssystem S und L1 aus, und zwar wirkt jedes Teilfeld unabhängig vom anderen.
Auf diese Weise wird der ursprünglich zusammenhängende Flachstrahl in drei Einzelstrahlen
zerlegt, und neben der ursprünglichen Horizontalbündelung findet noch eine Vertikalbündelung
statt. Aus den drei Zylinderlinsen L@ bis L4 treten also drei Einzelstrahlen von
reckteckigem Querschnitt aus, der sich mit zunehmendem Abstand dauernd verjüngt,
bis schließlich auf den Fluoreszenzschirm F drei Brennpunkte von rechteckigem oder
quadratischem Querschnitt auffallen. Man erkennt, daß bei dieser Anordnung tatsächlich
die ganze Emission der Kathode in den drei Einzelstrahlen ausgenutzt wird.
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Natürlich stellt die Abb-. i nur ein grundsätzliches Ausführungsbeispiel
dar, welche je nach den zur Verwendung gelangenden Elektronenoptiken zahlreiche
Abwandlungen zuläßt. So kann man, um die Baulänge der Mehrstrahlröhre zu verkürzen,
die drei Querzylinderlinsen L, bis L4 mit der Längslinse L1 vereinigen, indem man
die Querplatten P., bis P4 unmittelbar zwischen den Längsplatten Pi und P1" anordnet.
Ferner brauchen die Zylinderlinsen nicht unbedingt aus elektrischen Querfeldern
zu bestehen, sondern können ebenso auch von in der Strahlrichtung hintereinanderliegenden
und auf verschiedenen Potentialen befindlichen Blenden erzeugt werden. Schließlich
kann man vorteilhaft auch verschiedene Zylinderlinsensysteme miteinander kombinieren.
Eine solche Kombinationsoptik zeigt z. B. die Abb. ?. Die Längslinse L1 wird in
diesem Fall von dem Anodenblech A1 und dem Linsenblech A., erzeugt, wobei die Form
des Flachstrahls durch die Form der länglichen Blendenöffnung gegeben ist. Zwischen
den beiden Blechen Al und A. befinden sich die vier Querplatten P.= bis P4, deren
Wirkung dein in Abb. i geschilderten Fall vollkommen gleich ist. Derartige Anordnungen
sind elektronenoptisch ohne weiteres zulässig, weil sich die einzelnen Linsen durchdringen
können, ohne sich gegenseitig zu stören. , In analoger Weise kann
man
auch magnetische Zylinderlinsen sowie deren Kombinationen mit elektrischen. Linsen
verwenden.
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Zum Schluß sei bemerkt, daß die mit der vorliegenden Einrichtung erzeugten
Strahlen nicht nur zum Zwecke der Mehrfachoszillographie, sondern auch für beliebige
andere Zwecke, beispielsweise für Mehrfachverstärkerröhren nach dem Querfeldprinzip
und ähnliches, Anwendung finden können. So kann es unter Umständen auch vorteilhaft
sein, den primären Flachstrahl nicht zu fokussieren, sondern als paralleles Strahlenbündel
auszubilden, in welchem Falle aus dem System der Querlinsen mehrere hochkant stehende
Flachstrahlen austreten, die auf einem Leuchtschirm z. B. drei nebeneinanderliegende
und parallele Leuchtstriche ergeben würden. Die für die verschiedenen Verwendungszwecke
in Frage kommenden Ablenksteuer- oder Auffangsysteme sind, da sie mit der Erfindung
in keinem Zusammenhang stehen, der Einfachheit halber nicht mitgezeichnet und nicht
weiter beschrieben.