DE838926C

DE838926C - Cathode for electron tubes, especially electron beam tubes

Info

Publication number: DE838926C
Application number: DES1978A
Authority: DE
Inventors: Dr Phil Habil Hermann Hinderer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1950-03-01
Filing date: 1950-03-01
Publication date: 1952-05-15

Description

Kathode für Elektronenröhren, insbesondere Elektronenstrahlröhren Die Erfindung betrifft eine Kathodenanordnung für elektrische Entladungsgefäße und hat besondere Bedeutung für solche Röhren, bei denen ein oder mehrere Elektronenstrahlen erzeugt werden. Es handelt sich dabei um eine indirekt durch Wärmestrahlung geheizte Kathode.Cathode for electron tubes, in particular cathode ray tubes The invention relates to a cathode arrangement for electrical discharge vessels and has particular importance for such tubes, in which one or more electron beams be generated. It is indirectly heated by thermal radiation Cathode.

Es ist an sich schon seit langem bekannt, die elektronenemittierende Fläche einer Kathode nicht unmittelbar oder mittelbar durch Wärmeleitung zu beheizen, sondern die von einem Heizer abgegebene Wärmestrahlung hierzu zu benutzen. So sind beispielsweise Glühkathoden bekannt, bei denen ein zylindrisches Kathodenröhrchen die Äquipotentialschicht trägt und ohne Zwischenschaltung einer isolierenden Schicht einen Heizfaden umgibt. Weiterhin sind auch schon Anordnungen bekanntgeworden, bei denen die Heizung der Kathode mittels einer außerhalb des Elektrodensystems angeordneten Heizvorrichtung erfolgt. Die Wärme-Strahlung der Heizvorrichtung ist dabei durch einen Reflektor auf die Kathode konzentriert. Dabei ist die Heizvorrichtung geradlinig, faden- oder stabförmig ausgebildet und befindet sich in der Brenn-, Linie des Reflektors, während parallel hierzu eine geradlinige Kathode angeordnet ist. Bei einer weiteren bekannten Elektronenröhre mit indirekt durch Wärmestrahlen geheizter Kathode wird gleichfalls von einer Reflektorenanordnung Gebrauch gemacht, wobei Kathode und Heizkörper parallel zueinander in verschiedenen Reflektorbrennlinien des von einem geschlossenen oder nur durch Spalte unterbrochenen Reflektor umschlossenen Raums angeordnet sind. Der Reflektor ist dabei als Zylinder mit parabolischem oder elliptischem Querschnitt ausgebildet: Die bekannten Anordnungen haben zwar den Vorteil, daß sich eine gewisse Entkopplung von Heizer und Kathode erzielen läßt, so daß beispielsweise eine Beheizung mit Wechselstrom störungsfreier gestaltet werden kann, als dies bei den üblichen Kathoden möglich ist. Diese Anordnungen haben sich aber in der Praxis nicht durchsetzen können, da sie zahlreiche Nachteile aufweisen. So ist vor allem der ungünstige Wirkungsgrad der Wärmeübertragung vom Heizer auf die Kathode unerwünscht. Dies liegt vor allem daran, daß entsprechend der langgestreckten Form von Heizer und Kathode die Reflektoren als Zylinder ausgebildet sind und dadurch jeweils nur in den einzelnen Ebenen senkrecht zur Zylinderachse eine günstige Reflexion der Wärmestrahlung gewährleisten. Ein großer Teil der vom Heizer erzeugten Wärme geht nach Vielfachreflexion an den Stirnseiten der Zylinderreflektoren nach außen hin verloren. Ein weiterer Nachteil der bekannten Anordnungen besteht noch darin, daß für den Aufbau des die Kathode umgebenden Elektrodensystems starke Beschränkungen notwendig sind, um von der Wärmestrahlung nicht allzuviel abzudecken. Das Elektrodensystem stellt dabei einen Kompromiß zwischen günstigem Elektrodenaufbau und ausreichender Wärmebestrahlung der Kathode dar. Weiterhin ergibt sich noch der Nachteil, daß das Steuergitter in gleicher Weise wie die Kathode erwärmt wird, so daß besondere Maßnahmen ergriffen werden müssen, um den Austritt von Sekundärelektronen zu verhindern.It has been known per se for a long time, the electron-emitting Not to heat the surface of a cathode directly or indirectly by conduction, but to use the thermal radiation emitted by a heater for this purpose. So are For example, hot cathodes are known in which a cylindrical cathode tube the equipotential layer carries and without the interposition of an insulating layer surrounds a filament. Furthermore, arrangements have already become known at which the heating of the cathode by means of an outside of the electrode system Heating device takes place. The heat radiation of the heating device is through a reflector focused on the cathode. The heater is straight, thread or rod-shaped and is located in the focal line of the reflector, while a rectilinear cathode is arranged parallel to this. With another known electron tube with cathode indirectly heated by heat rays also made use of a reflector arrangement, with cathode and heating element parallel to each other in different reflector focal lines of the closed one or are arranged only by gap interrupted reflector space enclosed. The reflector is a cylinder with a parabolic or elliptical cross-section trained: The known arrangements have the advantage that a certain Can achieve decoupling of heater and cathode, so that for example one Heating with alternating current can be designed more trouble-free than this with the usual cathodes is possible. However, these arrangements have not changed in practice can prevail, as they have numerous disadvantages. This is especially the case unfavorable heat transfer efficiency from the heater to the cathode undesirable. This is mainly due to the fact that, corresponding to the elongated shape of the heater and cathode, the reflectors are designed as cylinders and therefore only each a favorable reflection of the in the individual planes perpendicular to the cylinder axis Ensure thermal radiation. Much of the heat generated by the heater goes after multiple reflections on the end faces of the cylinder reflectors to the outside lost. Another disadvantage of the known arrangements is that severe restrictions on the structure of the electrode system surrounding the cathode are necessary in order not to cover too much of the thermal radiation. The electrode system represents a compromise between a cheap electrode structure and a sufficient one There is also the disadvantage that the cathode is exposed to heat Control grid is heated in the same way as the cathode, so that special measures must be taken to prevent the escape of secondary electrons.

Diese Nachteile werden durch die Erfindung beseitigt. Die Erfindung gestattet eine Wärmeübertragung durch Strahlung von einem Heizer auf eine Kathode mit außerordentlich geringen Verlusten. Die Erfindung ermöglicht weiterhin, ein Elektrodensystem aufzubauen, das in keiner Weise durch die Wärmestrahlung becinflußt wird oder in seiner Anordnung Bpschränkungen unterliegt. Schließlich hat die Erfindung noch besondere Bedeutung für solche Anordnungen, bei denen die Kathode zur Erzeugung eines oder mehrerer Elektronenstrahlen dient, wie bei Elektronenstrahlröhren für Oszillographen, Fernsehröhren, Wanderwellenröhren od. dgl. Die Erfindung gibt die Möglichkeit, Kathoden zu benutzen, die infolge wärmetechnisch ungünstiger Form eine im Verhältnis zur elektronenemittierenden Fläche ungewöhnliche Heizleistung erfordern. Weiterhin kann die Kapazität der Kathode gegen den Heizer beliebig klein gemacht werden. Die Erfindung erlaubt schließlich eine hohe Spannungsfestigkeit der gegebenenfalls auf hohem Potential gegenüber Masse befindlichen Kathode und gibt die Möglichkeit, zwei Kathoden in unmittelbarer Nachbarschaft auf verschiedenem ,Potential zu halten, wie dies beispielsweise bei Doppelstrahlverstärkerröhren gefordert ist.These disadvantages are eliminated by the invention. The invention allows heat transfer by radiation from a heater to a cathode with extremely low losses. The invention also enables a Build up an electrode system that is in no way influenced by thermal radiation or is subject to restrictions in its arrangement. Finally, the invention still of particular importance for those arrangements in which the cathode is used to generate one or more electron beams is used, as in cathode ray tubes for Oscillographs, television tubes, traveling wave tubes od. Like. The invention is the Possibility to use cathodes which, due to their thermally unfavorable shape, have a require unusual heating power in relation to the electron-emitting surface. Furthermore, the capacity of the cathode to the heater can be made arbitrarily small will. The invention finally allows a high dielectric strength of the possibly cathode at high potential with respect to ground and gives the possibility of to keep two cathodes in the immediate vicinity at different potentials, as is required, for example, with double-jet amplifier tubes.

Erfindungsgemäß wird die von einem Heizer abgegebene Heizleistung einer oder mehrerer Kathoden auf möglichst ökonomische Weise dadurch zugeführt, daß die Kathodenanordnung mit einer wärmestrahlungs-optisch reflektierenden Einrichtung, die im wesentlichen nach Art eines Rotationsellipsoids ausgebildet ist, versehen ist. Dabei befindet sich in dem einen Brennpunkt oder in der Nähe desselben der Heizer, während in Richtung der großen Ellipsenachse in der Nähe des anderen Brennpunktes eine Öffnung für eine oder mehrere Kathoden vorgesehen ist.According to the invention, the heating power emitted by a heater is supplied to one or more cathodes in the most economical way possible, that the cathode arrangement with a thermal radiation-optically reflecting device, which is designed essentially in the manner of an ellipsoid of revolution is. The is located in one focal point or in the vicinity of the same Heater while in the direction of the major axis of the ellipse near the other focal point an opening for one or more cathodes is provided.

Im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen, bei denen zylindrische Reflektoren verwendet sind und bei denen stets Brennlinien vorhanden sind, arbeitet die Erfindung mit einer wärmestrahlungsreflektierenden Einrichtung, die in möglichst allen Ebenen reflektiert, so daß nicht Brennlinien, sondern Brennpunkte entstehen, in deren Nähe Heizer und Kathode angeordnet sind. Es ist auch weiterhin vorteilhaft, den Reflektor nicht nach Art einer Parabel, sondern elliptisch zu gestalten. Bei zwei einander zugekehrten parabolischen Spiegeln läßt sich zwar eine weitgehend günstige Abbildung in den einzelnen Brennpunkten ermöglichen. Es ist dabei aber stets mindestens zweitnalige Reflexion erforderlich. Bei einem Ellipsoid ergibt sich demgegenüber der Vorteil, daß jeweils die Wärmestrahlung im wesentlichen nur durch einmalige Reflexion von einem zum anderen Brennpunkt gelangt. Dementsprechend bede'tatet die Verwendung eines Ellipsoids eine bedeutende Herabsetzung der Reflexionsverluste.In contrast to the known arrangements in which cylindrical Reflectors are used and where focal lines are always present, works the invention with a heat radiation reflecting device, which in as possible reflected on all levels, so that not focal lines but focal points arise, in the vicinity of which the heater and cathode are arranged. It is also still beneficial to make the reflector not like a parabola, but elliptical. at two parabolic mirrors facing each other can be one to a large extent enable favorable imaging in the individual focal points. It is there though Always at least two reflections required. In the case of an ellipsoid, In contrast, the advantage that in each case the thermal radiation is essentially only gets from one focal point to the other through a single reflection. Accordingly the use of an ellipsoid means a significant reduction in reflection losses.

Heizer und Kathode, bzw. Kathoden, sind zweckmäßig so gestaltet und von solcher Beschaffenheit, daß sie ein an sich hohes oder künstlich erhöhtes Wärmeabsorptionsvermögen besitzen. Die Reflexionsflächen sollen ein möglichst geringes Absorptionsvermögen aufweisen und möglichst gut reflektieren. Die Reflexionsflächen gestatten erfindungsgemäß durch ihre geeignete Formgebung die gegenseitige Abbildung mit großen Öffnungsverhältnissen vorzuführen. Dabei kann die geforderte Punktschärfe gegenüber der Abbildung geöffneter Bündel von untergeordneter Bedeutung sein.Heater and cathode, or cathodes, are appropriately designed and of such a nature that they have a inherently high or artificially increased heat absorption capacity own. The reflective surfaces should have the lowest possible absorption capacity and reflect as well as possible. According to the invention, the reflective surfaces allow Due to their suitable shape, the mutual mapping with large aperture ratios to demonstrate. The required point sharpness can be more open compared to the image Bundles of minor importance.

An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Die Figuren zeigen Ausführungsbeispiele in vereinfachter Darstellung. Bei dem in Fig. i dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein Rotationsellipsoid, das als Reflektor für die Wärmestrahlung dient. In der Figur ist der Reflektor auseinandergenommen gezeichnet, um die einzelnen Teile desselben besser zur Darstellung bringen zu können. Der Reflektor ist aus zwei Schalenhälften i und a aufgebaut, wobei zwei ebene Blechplatten verwendet sind, in die die Ellipsoidform eingedrückt ist. Die Innenflächen des Reflektors können in geeigneter Weise behandelt sein, um ein besonders gutes Reflexionsvermögen für die Wärmestrahlen zu et'möglichen. Zu diesem Zweck können die Innenflächen in an sich bekannter Weise verkupfert, versilbert, vergoldet, platiniert oder in anderer Weise spiegelnd gemacht sein. In der Nähe des einen Brennpunktes befindet sich der Heizer 3, der beispielsweise in Form einer Doppelwendel ausgebildet ist. Die Stromzuführungen 4 und 5 dienen gleichzeitig zur Halterung des Heizers und sind so angeordnet, daß sie nicht in Richtung der großen Ellipsenachse verlaufen. Es kommt nämlich dabei darauf .an, daß der durch die Halterung 4 ,und 5 verursachte Strahlungsschatten möglichst klein wird. Die Zuleitungen werden daher zweckmäßig an Stellen geringerer Strahlungsdichte, also entweder in der dargestellten Weise oder in einem spitzen Winkel zur kleinen Ellipsenachse angeordnet.The invention will be explained in more detail with reference to the drawing. the Figures show exemplary embodiments in a simplified representation. In the case of the one shown in Fig. i illustrated embodiment is an ellipsoid of revolution that serves as a reflector for the thermal radiation. In the figure, the reflector is disassembled drawn in order to better represent the individual parts of the same. The reflector is made up of two shell halves i and a, with two flat sheet metal plates are used, in which the ellipsoidal shape is impressed. The inner surfaces of the reflector can be appropriately treated to provide particularly good reflectivity for the heat rays too much. For this purpose, the inner surfaces in copper-plated, silver-plated, gold-plated, platinum-plated or otherwise in a known manner Wise made to be reflective. The one is located near one focal point Heater 3, which is designed, for example, in the form of a double helix. The power supply 4 and 5 are used at the same time to hold the heater and are arranged so that they do not run in the direction of the major axis of the ellipse. Because it comes with it on that the holder 4 , and 5 caused radiation shadows becomes as small as possible. The supply lines are therefore expediently smaller in places Radiation density, either in the manner shown or in a pointed manner Arranged at an angle to the minor axis of the ellipse.

Die Kathode kann in der Nähe des anderen Brennpunktes angebracht sein. Sie würde sich in diesem ,Fall vorwiegend innerhalb des Reflektors befinden. Es ist aber auch möglich, wie dies bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel veranschaulicht ist, die Kathode 6 entweder unmittelbar in der Öffnung oder auch außerhalb des Reflektors vor derselben anzuordnen. Die Kathode 6 ist als Äquipotentialkathode ausgebildet und vornehmlich als Kathode für Elektronenstrahlröhren geeignet. Durch den entsprechend großen Abstand zwischen Heizer und Kathode kann eine beliebig große Potentialdifferenz zwischen diesen beiden Teilen herrschen. Ebenso ist auch die Kapazität zwischen Heizer und Kathode vernachlässigbar klein. Je nach dem Anwendungszweck können Kathode, Heizer und Reflektor auf verschieden hohen Potentialen liegen. So kann z. B. durch Anlegen eines gegenüber der Kathode negativen Potentials an den Reflektor erreicht werden, claß keine ungewollte Elektronenbeaufschlagung von der Kathode auf den Reflektor erfolgt. Weiterhin kann der Reflektor oder ein Teil desselben gleichzeitig Teil des Elektrodensystems für den Elektronenstrahl sein. Insbesondere kann eine Bünde-@ung des Elektronenstrahls erreicht werden, besonders dann, wenn die Kathode in der Öffnung oder innerhalb des Reflektors angeordnet ist. Es ist dabei auch möglich, den Reflektor selbst aus mehreren elektrisch voneinander isolierten Teilen aufzubauen und hier verschiedene Potentiale anzulegen. Es kann der Reflektor auch aus einem elektrisch nichtleitenden Material, wie z. B. Glas, Keramik, Preßstoff od. dgl., bestehen und an den zur Reflexion benutzten Stellen lediglich mit einer überzugsschicht von- gutem Reflexionsvermögen versehen sein. Es eignen sich dazu besonders Gläser mit einer Verspiegelung.The cathode can be placed in the vicinity of the other focal point. In this case, it would mainly be located within the reflector. It but is also possible, as illustrated in the illustrated embodiment is, the cathode 6 either directly in the opening or outside of the reflector to be arranged in front of the same. The cathode 6 is designed as an equipotential cathode and primarily suitable as a cathode for cathode ray tubes. By the accordingly large distance between heater and cathode can have an arbitrarily large potential difference prevail between these two parts. Likewise, the capacity is between Heater and cathode negligibly small. Depending on the application, cathode, The heater and reflector are at different potentials. So z. B. by A negative potential is applied to the reflector with respect to the cathode no unwanted electron exposure from the cathode to the reflector he follows. Furthermore, the reflector or a part thereof can be part at the same time of the electrode system for the electron beam. In particular, a fret can of the electron beam can be achieved, especially when the cathode is in the opening or is arranged within the reflector. It is also possible to use the reflector build yourself from several electrically isolated parts and here to apply different potentials. It can also consist of an electric reflector non-conductive material, such as B. glass, ceramic, molded material or the like., Exist and at the points used for reflection only with a coating of be provided with good reflectivity. Glasses are particularly suitable for this a mirror.

In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel veranschaulicht, bei dem das Rotationsellipsoid 7 zur Hälfte, d. h. bis zur kleinen Ellipsenachse ausgeführt ist. Die andere Hälfte kann, da es sich um einen symmetrischen Aufbau handelt, durch einen in der Zeichnung nicht näher dargestellten, im wesentlichen ebenen Spiegel ersetzt werden. Die Reflexionsverluste werden bei einer solchen Anordnung nur unwesentlich größer, dagegen ist es möglich, die Kathode oder die Kathbden wesentlich einfacher anzuordnen.In Fig. 2, a further embodiment is illustrated at half of which is the ellipsoid of revolution 7, d. H. executed up to the small axis of the ellipse is. The other half can, since it is a symmetrical structure, through an essentially flat mirror, not shown in detail in the drawing be replaced. The reflection losses are only insignificant with such an arrangement larger, on the other hand it is possible to make the cathode or cathodes much simpler to arrange.

Eine solche Anordnung ist schematisch in Fig.3 dargestellt. Hierbei ist die Kathode 8 in geringem Abstand vor der Öffnung des ebenen Spiegels 9 befestigt. Die von dem Heizer io ausgehenden Wärmestrahlen werden von dem Relexionskörper i i und der vorwiegend ebenen Spiegelfläche so reflektiert, daß sie entweder unmittelbar oder durch mehrfache Spiegelung auf die Kathode 8 gelangen, oder sie werden bis zu dem Heizkörper selbst zurückreflektiert, so daß diese Strahlen außer ihren Reflexionsverlusten keine sonstigen schädlichen Verluste bewirken. Die entstehende Wärme wird also entweder zum Heizkörper selbst wieder zurückgeführt, oder an die Kathode 8 abgegeben.Such an arrangement is shown schematically in FIG. Here the cathode 8 is attached at a small distance in front of the opening of the flat mirror 9. The heat rays emanating from the heater io are absorbed by the reflection body i i and the predominantly flat mirror surface is reflected in such a way that it is either directly or by multiple reflections on the cathode 8, or they are up reflected back to the radiator itself, so that these rays besides their reflection losses cause no other harmful losses. So the resulting heat is either returned to the radiator itself, or delivered to the cathode 8.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Cathode arrangement for electrical discharge vessels, in particular for tubes with electron beams, the electron-emitting surface of which is indirectly heated by thermal radiation using a reflector, characterized by a device which is highly reflective in terms of thermal radiation and which is essentially designed in the manner of an ellipsoid of revolution, in one of its focal points or in the vicinity the same is the heater and which is provided in the direction of the major axis of the ellipse near the other focal point with an opening for one or more cathodes.

2. Arrangement according to claim i, characterized in that bracket and supply line parts of the heater at such points, in particular parallel or in are arranged at an acute angle to the small axis of the ellipse, at which a smaller one Radiance is pre-banded.

3. Arrangement according to claim i or 2; characterized, that the reflector is composed of two shells.

4. Arrangement according to claim 3; characterized in that the reflector consists of two flat sheets with pressed in Shells.

5. Arrangement according to claim i to 4, characterized in that the ellipsoid of revolution is only half an ellipsoid and the other half is modeled symmetrically by an essentially flat reflection surface.

6. Arrangement according to claim 5, characterized in that the substantially flat Reflective surface is provided with one or more openings, in or within which have one or more cathodes.

7. Arrangement according to claim i to 6, characterized in that the cathode or cathodes are outside the reflector at a short distance from the opening. B. Arrangement according to claim i to 6, characterized in that when the cathode or cathodes are arranged in the opening or within the reflector, the reflector or parts thereof at the same time parts of the electrode system, in particular a bundling electrode are for one electron beam or multiple electron beams.