DE737754C

DE737754C - Electron beam tubes with glow cathode, collecting anode and electron lens, especially amplifier tubes

Info

Publication number: DE737754C
Application number: DEK124837D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Max Knoll
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1932-03-24
Filing date: 1932-03-24
Publication date: 1943-07-22

Description

Elektronenstrahlröhre mit Glühkathode, Auffanganode und Elektronenlinse, insbesondere Verstärkerröhre Die Erfindung betrifft eine Elektronenstrahlröhre mit Glühkathode, Auffanganode und Elektronenlinse, insbesondere eine Verstärkerröhre, mit elektrischer Querfeldsteuerttng.Cathode ray tube with hot cathode, collecting anode and electron lens, in particular amplifier tube The invention relates to a cathode ray tube with Hot cathode, collecting anode and electron lens, especially an amplifier tube, with electrical cross-field control.

Elektronenstrahlröhren nach dem Querfeldprinzip, d. h. Elektronenstrahlröhren, bei denen der Elektronenstrahl senkrecht zu seiner Fortpflanzungsrichtung durch elektrische oder magnetische Beeinflussung seitlich abgelenkt wird, haben für verschiedene Zwecke der Elektrotechnik Bedeutung erlangt. Als Verstärkerröhre ist eine Ausführungsform bekanntgeworden, bei welcher der Elektronenstrahl in üblicher Weise zwischen einer Glühkathode und einer Blende erzeugt wird; er passiert dann das durch zwei Ablenkplatten erzeugte Steuerfeld und fällt schließlich auf eine weitere Blendenscheibe, die je nach der Höhe der Steuerspannung einen größeren oder geringeren Bruchteil des Strahles auf die dahinter befindliche Anode gelangen läßt. Derartige Röhren zeichnen sich durch einen sehr geringen Durchgriff (< 0,05% ) aus. Andere Ausführungsformen von Quersteuerröhren dienen bekanntlich als Relais, indem der Strahl nacheinander auf verschiedene Anoden gelenkt wird, zur Erzeugung von aus einzelnen Elektronenbrennpunkten verschiedener Helligkeit zusammengesetzten Leuchtschirmbildern (Röhren für Fernsehen bzw. Bildtelegraphie), zur Erzeugung von Leuchtschirmspaltbildern, deren Helligkeit von der Höhe der Steuerspannung abhängt (Röhren für den Tonfilm) oder für Meßzwecke (Kathodenstrahloszillographen).Cathode ray tubes based on the transverse field principle, d. H. Cathode ray tubes, where the electron beam is perpendicular to its direction of propagation electrical or magnetic influence is deflected laterally, have for different Purposes of electrical engineering gained importance. As an amplifier tube is one embodiment become known, in which the electron beam in the usual way between a Hot cathode and a diaphragm is generated; it then happens that through two baffles generated control field and finally falls on another aperture disk that ever a larger or smaller fraction of the beam depending on the level of the control voltage can reach the anode located behind it. Such tubes stand out due to a very low penetration (<0.05%). Other embodiments Cross control tubes are known to serve as relays by moving the beam one after the other is directed to different anodes to generate from individual electron focal points fluorescent screen images composed of various brightnesses (tubes for television or image telegraphy), for the generation of luminescent screen slit images, their brightness depends on the level of the control voltage (tubes for the sound film) or for measuring purposes (Cathode ray oscilloscope).

Um bei den erwähnten Verstärkerröhren die Steilheit zu erhöhen, ist eine Konzentration des Strahlbündels durch positive Ionen vorgeschlagen worden, wie sie bei Quersteuerröhren für Fernsehzwecke schon längere Zeit angewendet wird. Um diese Methode anwenden zu können, muß jedoch. .der Gasdruck innerhalb der Röhre beträchtlich erhöht werden, so daß während des Betriebes außerordentlich hohe Gitterströme zwischen den Ablenkplatben fließen, die bekanntlich bei der Verstärkung sehr unerwünscht sind. Auch die Strahllw@nzentration durch eine Sammelspule ist wegen des erforderlichen Stromverbrauches und Materialaufwandes für Verstärkerröhren nicht geeignet, Zur Erhöhung der Steilheit ist ferner bei Röhren zur Frequenzverdopplung bekannt, einen durch eine drahtförmige Kathode erzeugten bandförmigen Kathodenstrahl zu verwenden und diesen durch eine zwischen Kathode und Ablenkplatten gelegene Hilfsanode mit sclilitzförmiger Blende zu fokussieren. Eine derartige Anordnung ergibt zwar eine etwas bessere Fokussierung als die Anordnung Kathode - Ablenkplatten allein. jedoch ist' diese infolge der bekannten elektronenoptischen Zerstreuungswirkung, die die Elektronen beim Austritt aus der Schlitzblende erleiden, noch bei weitem nicht ausreichend, um ein genügend stromstarkes Bündel zu erzielen. Bei der erwähnten Anordnung muß deshalb auch eine N achfokussierung des Bündels durch eine gemeinsame negative Vorspannung der Ablenkplatten vorgenommen werden, die einen erheblichen Aufwand an Schaltmitteln erfordert. Außerdem sind bei dieser unvollkommenen Art der Bündelung noch eigene Hilfselektroden zum Auffangen der nicht richtig folzussierten Elektronen erforderlich.In order to increase the slope of the amplifier tubes mentioned, is a concentration of the beam by positive ions has been proposed, as it has been used for a long time in transverse control tubes for television purposes. However, in order to be able to use this method. . the gas pressure inside the tube can be increased considerably, so that extremely high grid currents during operation flow between the baffles, which is known to be very undesirable in amplification are. The beam concentration by a collecting coil is also necessary because of the Power consumption and material costs for amplifier tubes not suitable, Zur Increasing the slope is also known in tubes for frequency doubling, one to use band-shaped cathode ray generated by a wire-shaped cathode and this by an auxiliary anode with a slit-shaped, located between the cathode and deflection plates Focus aperture. Such an arrangement results in a somewhat better focusing than the cathode-baffle assembly alone. however, 'this is due to the well-known electron-optical scattering effect, which the electrons when exiting suffer from the slit diaphragm, still far from sufficient to get a sufficient to achieve a powerful bundle. In the above-mentioned arrangement, therefore, must also be a Re-focusing of the bundle by a common negative bias of the deflection plates be made, which requires a considerable amount of switching means. aside from that are with this imperfect type of bundling still own auxiliary electrodes for It is necessary to collect the incorrectly focussed electrons.

Die vorliegende Anordnung bezweckt, mnit möglichst geringem Aufwand an Mitteln eine möglichst hohe Stromdichte bzw. eine für den Verwendungszweck möglichst günstige Form des gesteuerten Strahlbündels in Höhe der Auftreffelektrode zu erreichen. Es werden statt eines mehrereparallel geschalteteStrahlbündel benutzt, welche eine entsprechenl höhere Steilheit ergeben. Erfindungsgemäß sind daher in unmittelbarer Nähe der Kathode mehrere. Hilfselektroden vorgesehen, welche eine Mehrzahl in jeder Elektrode nebeneinander und in den verschiedenen Elektroden in ' Strahlrichtung hintereinanderlieggender, paarweise getrennte Elektronenlinsen bildender Löcher aufweisen.The aim of the present arrangement is to have the least possible effort of means as high a current density as possible or one for the intended use if possible to achieve favorable shape of the controlled beam at the level of the impingement electrode. Instead of one, several beams connected in parallel are used, which one correspondingly higher steepness result. According to the invention are therefore in the immediate Close the cathode several. Auxiliary electrodes are provided which have a plurality in each Electrode next to each other and in the different electrodes in the direction of the beam one behind the other, forming holes that are separated in pairs and form electron lenses exhibit.

Mit Hilfe von schlitzförmigen Öffnungen in cen Hilfselektroden lassen sich auf der Auffangelektrode statt Elelztronenbrennpunkte Elektronenbrennstriche herstellen.Leave auxiliary electrodes in cen with the help of slit-shaped openings instead of Elelztronen foci there are electron focal lines on the collecting electrode produce.

Zur Erzielung eines oder mehrerer scharfer Brennpunkte bzw. Brennstriche auf der Auffangelektrode wird der Raum zwischen Glühkathode und Anode der Elektronenröhre als stark brechende elektrische Einfach- oder Mehrfachlinse ausgebildet. Die vorliegende Anordnung beruht auf der Tatsache, daß mit einer elektrischen Linse hoher Brechungszahl die Richtung der atustreteaden Elektronen von der Richtung der eintretenden nahezu unabhängig ist (vgl. Knoll und Ruska, Ann. d. Phys., Bd. 12, S. 607 ... 661, 1933). Entsprechend der Gleichung für die elektrische B rechung stahl worin E0 die Beschleunigungsspannung der Elektronen in der elektrischen Linse und E die der Eintrittsgeschwindigkeit entsprechende Spannung der Elektronen ist, muß zur Einhaltung dieser Bedingung E0 » E gewählt werden.To achieve one or more sharp focal points or focal lines on the collecting electrode, the space between the hot cathode and anode of the electron tube is designed as a highly refractive electrical single or multiple lens. The present arrangement is based on the fact that with an electric lens with a high refractive index, the direction of the atustretead electrons is almost independent of the direction of the entering electrons (cf. Knoll and Ruska, Ann. D. Phys., Vol. 12, p. 607. .. 661, 1933). According to the equation for electrical calculation steel where E0 is the acceleration voltage of the electrons in the electric lens and E is the voltage of the electrons corresponding to the entry velocity, E0 »E must be chosen to keep this condition.

Bringt man in vorliegender Röhre eine stark brechende elektrische Linse, an der ganz oder nahezu die Betriebsspannung (Anodenspannung) der Röhre liegt, in unmittelbare Nähe der Glühkathode, aus der bekanntlich die Elektronen mnit nur kleinen Geschwindigkeitskomponenten austreten, so erhält man einen scharfen Elektronenbrennfleck, in dem im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen der größte Teil der von der Glühkathode ausgestrahlten Elektronen sich wiederfindet. Mit Hilfe von spaltförmigen Öffnungen in der der Kathode zunächst liegenden Elektrodenflä ehe lassen sieh an Stelle von Elektronenbrennpunkten auch Elektronenbrennstriche auf der Auftreffelektrode herstellen. Die letztere Möglichkeit ist besonders wichtig für Verstärkerröhren, da auf diese Weise nicht nur die Steilheit erhöht, sondern auch infolge der Verteilung eines großen Elektronenstromes auf eine größere Fläche die mit der Stromdichte zunehmende Verbreiterung des Brennfleckes infolge der Abstoßungskraft der Elektronen wirksam bekämpft werden kann. Zweckmäßig hat bei einer derartige n Elektronenröhre die zwischen Ablenkplatten und Auffanganode angeordnete Blende die Form einer ebenen Scheibe mit ebenso vielen nebeneinanderliegenden spaltförmigen Durchlatßöffnungen, wie die zwischen Kathode und Ablenkplatten liegendenLinsenelektroden; natürlich ist auch eine ähnliche Anordnung mit vielen runden Linsenöffnungen, einer entsprechenden Anzahl runder Öffnungen der ßlendenscheibe und einer entsprechenden Anzahl runder Elektronenbrennpunkte ausführbar.If you bring a strongly breaking electrical into the present tube Lens on which all or almost the operating voltage (anode voltage) of the tube is applied, in the immediate vicinity of the hot cathode, from which, as is well known, the electrons with only small speed components emerge, a sharp electron focal point is obtained, in which, in contrast to the known arrangements, most of the from the hot cathode emitted electrons is found again. With the help of slit-shaped openings in the electrode area next to the cathode, see instead of Electron foci also produce electron focal lines on the target electrode. The latter option is particularly important for amplifier tubes because of this Way not only increases the slope, but also as a result of the distribution of a large electron flow over a larger area which increases with the current density Effective widening of the focal spot due to the repulsive force of the electrons can be combated. In such an electron tube, the between Baffle and collecting anode arranged aperture in the form of a flat disc with as many adjacent slit-shaped passage openings as the lens electrodes located between the cathode and baffles; of course is too a similar arrangement with many round lens openings, a corresponding one Number of round openings in the loin disk and a corresponding number of round ones Electron foci can be implemented.

Infolge der geringen Austrittsgeschw-indigkeit der Elektronen kommt es auf Forin und Länge der Glühkathode nicht genau an; es können alle bekannten Glühkathodenfornien einschließlich der indirekt geheizten Verwendang finden; es kann auch zweckmäßig sein, für jede Einzellinse eine eigene Glühkathode vorzusehen.As a result of the low exit speed of the electrons it is not exactly the shape and length of the hot cathode; it can all known Find glow cathode shapes including indirectly heated use; it It can also be useful to provide a separate hot cathode for each individual lens.

Die Vorteile der vorliegenden Anordnung fallen besonders bei Elektronenröhren finit kurzer Stralillänge, also z. B_ bei Verstärkerröhren, ins Gewicht, weil bei diesen das Anbringen einer elektrischen oder magnetischen Sammelvorrichtung der bekannten Form aus Raummangel nicht möglich ist; hier wird durch die Erfindung erstmalig die Konstruktion einer Verstärk erröhre mit sehr hoher Steilheit und hohem Anadenstrom ermöglicht.The advantages of the present arrangement are particularly evident in the case of electron tubes finite short stralis length, e.g. B_ with amplifier tubes, weight because with these the attachment of an electrical or magnetic collecting device known form is not possible due to lack of space; here is the first time through the invention the construction of an amplifier tube with a very high steepness and high anaden current enables.

Als Ausführungsbeispiel ist dargestellt in Abb. i eine Elektrönenstrahlröhre mit Mehrfaclizvli.nderlinse und in Alb. 2 eine Aufsicht der Platte 3 in Abb. i. Bei der dargestellten Elektronenstrahlröhre ist zur Erhöhung des Anodenstromes eine Mehrfachzylinderlinse angewendet. Die elektrisehe Linsenanordnung besteht aus zwei parallelen Platten 3 und 4 mit einer Reihe von rechteckigen Schlitzen 17 und 18. Unterhalb der Platte 3 ist unmittelbar unter jedem Rechteckschlitz ein Glühfaden 1 ausgespannt. Legt man zwischen 3 und 4 die Spannung einer Batterie, so haben die auf der den Glühfäden zugekehrten Seite der Spalte 17 durch das Durchgreifen des Feldes zwischen 3 und 4 entstehenden Äquipotentialflächen die Form von Linsenflächen. Die aus den Glühfäden mit geringer Geschwindigkeit in diese eintretenden Elektronen erhalten also sämtlich eine Beschleunigungskomponente in Richtung auf die' in der Ebene der Blendenscheibe 7 entstehenden Brennstriche. Die Blende ,7 hat eine der Zahl der Brennstriche entsprechende Zahl von Spalten 19, die je nach der Höhe der an den Steuerplatten 5 und 6 über deren Zuleitungen 1o, 11 liegenden Spannung einen größeren oder geringeren Teil des Anodenstromes zur Anode 8 gelangen lassen, der bei 14 abgenommen wird. Infolge des großen wirksamen Querschnittes in einem derartigen Elektronenstrahlbiundel kann also die Steilheit bzw. der Anodenstrom um ein Vielfaches erhöht werden.An electron beam tube is shown as an exemplary embodiment in FIG with Mehrfaclizvli.nderlinse and in Alb. 2 a top view of the plate 3 in Fig. I. at the cathode ray tube shown is a to increase the anode current Multiple cylinder lens applied. The electrical lens assembly consists of two parallel plates 3 and 4 with a series of rectangular slots 17 and 18. Below the plate 3 is a filament immediately below each rectangular slot 1 stretched out. If you put the voltage of a battery between 3 and 4, they have on the side of the column 17 facing the filaments by reaching through the Field between 3 and 4 resulting equipotential surfaces take the form of lens surfaces. The electrons from the filaments entering them at low speed So all receive an acceleration component in the direction of the 'in the Burning lines arising in the plane of the diaphragm disk 7. The aperture, 7 has one of the Number of focal lines corresponding number of columns 19, depending on the height of the a voltage lying on the control plates 5 and 6 via their leads 1o, 11 allow greater or lesser part of the anode current to reach the anode 8, the at 14 is removed. As a result of the large effective cross section in such a The electron beam can therefore multiply the slope or the anode current increase.

Legt man an die Steuerelektroden 5, 6 eine Wechselspannung von der Frequenz n1 und von einer derartigenAmpilitude, daß bei einem Ausschlag ein Brennstrich um n2 Spalte verschoben wird, so erhält man im Anodenstromkreis die Frequenz z ₧ nl ₧ n2. Die Röhre kann in dieser Form also auch in einfacher Weise zur Frequenzvervielfachung benutzt werden, wenn die Blende 7 eine entsprechend größere Spaltzahl erhält als die Elektrode 3.If you apply an alternating voltage from the control electrodes 5, 6 Frequency n1 and of such an amplitude that a focal line in the event of a deflection is shifted by n2 column, the frequency z ₧ is obtained in the anode circuit nl ₧ n2. In this form, the tube can also be used for frequency multiplication in a simple manner be used when the diaphragm 7 receives a correspondingly larger number of gaps than the electrode 3.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Cathode ray tube with hot cathode, collecting anode and electron lens, especially amplifier tube, with electrical transverse field control, characterized in that several auxiliary electrodes are in the immediate vicinity of the cathode are provided, which are a plurality in each electrode side by side and in the different electrodes behind one another, electron lenses separated in pairs forming openings a. Cathode ray tube according to Claim 1, characterized by two flat auxiliary electrodes lying perpendicular to the beam axis, one of which the one further away from the cathode has a positive potential compared to the cathode, the one closer to the cathode are at or almost at cathode potential. 3. Cathode ray tube according to claim a, characterized in that the sharpness of the electron focal point on the counter electrode (Collecting anode or diaphragm) by changing the focal length with the help of the Voltage between the two auxiliary electrodes is adjustable. 4th Cathode ray tube according to claims 1 to 3, characterized in that the at or almost at cathode potential lying electrode has the shape of a flat disc with a row of adjacent ones Has rectangular openings, so that the effect of a row of adjacent Cylindrical lenses are created, each of which is sharp on the collecting electrode Focal line causes. 5. cathode ray tube according to claim 1 to 4, characterized characterized in that between the baffle plates and collecting anode a diaphragm disc is arranged which has the same shape and design as that between the cathode and Has auxiliary electrodes arranged at deflection plates. 6. Modification of the cathode ray tube according to claim 5, characterized in that; the number of openings in the diaphragm disc is a multiple of the openings of the auxiliary electrodes. 7. Cathode ray tube according to claim i to 6, characterized in that each aperture: un: g of the first An electron-emitting filament is assigned to the auxiliary electrode.