DE895200C - Kathodenstrahlroehre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Verbesserung einer Kathodenstrahlröhre zur Ausübung des Verfahrens zur unmittelbaren Steuerung der Zahl der Elektronen in dem Kathodenstrahl mittels einer von den Elektronen des Strahles durchflogenen Steuerelektrode, wie es im Patent 762 701 beschrieben ist. Bei dem Verfahren nach dem Patent 762 701 werden die Elektronen einem einfachen oder mehrfachen Beschleunigungs- und einem unmittelbar anschließenden Verzögerungsvorgang auf die Geschwindigkeit Null oder ungefähr Null unterworfen, und die Intensitätssteuerung des Strahles durch die obenerwähnte Steuerelektrode wird an einer Stelle vorgenommen, an der die Elektronengeschwindigkeit im wesentlichen Null ist. Dabei benutzt man zur Intensitätssteuerung des Kathodenstrahles vorzugsweise eine der Verzögerungselektroden, und zwar insbesondere die erste. Außerdem besitzt die Röhre in bekannter Weise Vorrichtungen, um den Strahl über dem Schirm abzulenken, sowie elektrostatische oder elektromagnetische Einrichtungen, um den Strahl zu einem kleinen Punkt auf dem Schirm zu fokussieren. Den Beschleunigungselektroden soll eine positive Spannung gegenüber der Kathode erteilt werden, während das Potential der Bremselektrode gleich oder nahezu

gleich dem der Kathode sein soll. Die Form und Anordnung der Elektroden und der Potentiale wird derart getroffen, daß, wenn die Spannung der Bremselektrode in negativer Richtung geändert wird, der zur ersten Beschleunigungselektrode fließende Strom wächst. Die genannte Beschreibung behandelt auch eine Hochvakuumkathodenstrahlröhre mit einer indirekt geheizten Kathode und mit einer Anode, bei der zwischen Kathode und Anode ίο mindestens vier Hilfselektroden angeordnet sind, wobei zwei Beschleunigungselektroden und eine Bremselektrode eingerechnet sind und die letztere zugleich als Modulator dient. Eine der erwähnten Beschleunigungselektroden kann auf einer beliebigen Seite der Bremselektrode liegen, wobei die Anordnung so getroffen sein soll, daß, wenn die Beschleunigungselektroden auf geeignetem Potential positiv gegen die Kathode und Bremselektrode etwa auf Kathodenpotential liegen, eine Spannungsänderung der Bremselektrode ins Negative, auf die Kathode bezogen, ein Anwachsen des 'Stromes zu der zwischen Kathode und Bremselektrode liegenden Beschleunigungselektrode zur Folge hat.

In Betrieb werden bei den oben beschriebenen Kathodenstrahlröhren 'die Elektronen zu der ersten B'eschleunigungselektrode hin beschleunigt, dann durch die Modulationselektrode abgebremst und durch die zweite Beschleunigungselektrode wieder beschleunigt, die gleichzeitig als eine der beiden Anoden wie bei einer Elektronenlinse zur Fokussierung des Elektronenbündels auf dem Schirm dienen kann. Die an die Elektroden angelegten Potentiale sind so gewählt, daß die Elektronen in dem Bremsfeld der Modulationselektrode auf eine sich von Null kaum unterscheidende Geschwindigkeit verlangsamt werden. Die Helligkeit des vom Kathodenstrahl auf dem Schirm erzeugten Fleckes wird durch Veränderung der negativen Spannung der Modulationselektrode gegenüber der Kathode beeinflußt. Die Kathode kann indirekt geheizt sein und in einer vorn durch eine Lochblende abgeschlossenen Metallröhre, wie sie unter dem Namen Kathodenschirm bekannt ist, angebracht wenden. Diese Röhre ragt nach hinten über die Kathode hinaus. Die anderen Elektroden außer der zweiten Anode haben gewöhnlich die Form von Metallröhren mit Lochblenden, wobei die Wandstärke dieser Blenden höchstens ein Zehntel des Durchmessers der Blendenöffnung beträgt. Die Erfindung gibt eine Kathodenstrahlröhre der oben beschriebenen Art an, bei der die Steuerempfindlichkeit der Strahlintensität innerhalb des Arbeitsbereiches größer ist als bei bekannten Röhren. Diese Empfindlichkeit wird durch die negative Vorspannung, die zur Verriegelung des Strahles nötig ist, gemessen, wobei die Empfindlichkeit natürlich am größten ist, wenn diese Spannung am kleinsten ausfällt, vorausgesetzt, daß der Strom bei der Modulationsspannung Null ungeändert bleibt. Gemäß der Erfindung ist bei einer Kathodenstrahlröhre der oben beschriebenen Art, wie sie bei dem Verfahren nach Patent 762 701 verwendet werden soll, zur Erhöhung der Steuerempfindlichkeit die Ausdehnung der Öffnung der in der zylinderförmigen Steuerelektrode angeordneten Blende in Richtung des Kathodenstrahles größer als ein Zehntel des Durchmessers der Blendenöffnung senkrecht zum Kathodenstrahl. Dabei kann entweder das Material, aus dem die Blende gefertigt ist, die erforderliche Stärke haben, oder es können mehrere längs des Elektronenweges hintereinander angeordnete Lochblenden geringer Materialstärke verwendet sein.

Der Durchgriff des Anodenfeldes durch die dicke oder mehrfache Modulatorblende ist geringer als der durch eine dünne Blende; daher ist die zur Auslöschung des Strahles nötige Spannung geringer als bei einer dünnen Blende. Bei vielen Arten von Kathodenstrahlröhren würde die Einführung einer dicken Modulatorlochblende wenig oder keine Vergrößeirung der Empfindlichkeit bringen, weil die Strahlintensität bei Modulatorspannung Null auch fallen würde. Wenn jedoch eine positive Elektrode zwischen der Kathode und der etwa auf Kathodenpotential liegenden Modulationselektrode vorhanden ist und letztere gemäß vorliegender Erfindung ausgeführt ist, so wird die Strahlintensität bei der Modulatorspannung Null durch die wirksame Länge der Lochblende nicht sehr beeinflußt, und die Empfindlichkeit der Röhre wird vergrößert.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand der schematischen Darstellungen näher beschrieben, von denen

Abb. ι den Teil der Elektrodenanordnung einer der- Kathodenstrahlröhren zeigt, wie sie im Patent 762 701 beschrieben ist, und

lAbb. 2 bis 8 Schnitte von verschiedenen Formen der Modulations- und Abbremselektrode, die gemäß der Erfindung ausgeführt sind, wiedergaben.

In Abb. ι ist eine Kathode 1 gezeichnet, die in einer Kathodenschirmelektrode 2 angeordnet ist und die auf oder etwa auf Kathodenpotential liegt. Eine erste Beschleunigungselektrode 3, eine Modulations- und Bremselektrode 4 und eine zweite Beschleunigungselektfode oder erste Anode 5 haben die Form von Metallröhren mit dem gleichen Durchmesser wie der Kathodenschirm 2. Die Röhre des ersten Beschleunigers 3 ist kurz und hat eine Lochblende 7 an dem der Kathode abgewandten Ende. Die Modulatorröhre 4 ist langer als die des Beschleunigere und hat eine Lochblende 8 auf der Kathodenseite von der Röhrenmitte aus. Die erste Anode 5 ist viel länger als die Modulatorelektrode 4 und hat eine Lochblende 9 an dem der Kathode zugewandten Ende und eine zweite Lochblende 10 ungefähr zwei Drittel der Röhre von diesem Ende entfernt. Die zweite Anode hat die Form einer Röhre 6 mit erheblich größerem Durchmesser als die anderen Elektroden, wobei die zugewandten Enden der beiden Anodenröhren 5 und 6 im wesentliehen in einer Ebene liegen. Alle Röhren sind koaxial angeordnet.

Wenn eine Kathodenstrahlröhre, wie in Abb. 1 gezeigt wird, mit einer Blende in der Modulationselektrode, deren Dicke ein Zehntel des Durch- messers der darin befindlichen Öffnung nicht über-

steigt, hergestellt wird, kann ein befriedigender Fleck des Strahles auf dem in dem Kolben angebrachten Schirm erreicht werden, sofern geeignete Spannungen an die verschiedenen Elektroden gelegt werden. So kann der Kathodenschirm 2 auf Kathodenpotential liegen, das als Null betrachtet werdensoll, der erste !Beschleuniger 3 auf niedrigem positivem Potential, der Modulator 4 auf veränderlichem negativem Potential, die erste Anode 5 auf höherem positivem Potential und die zweite Anode 6 auf noch höherem positivem Potential. Die Empfindlichkeit einer solchen Röhre ist jedoch nicht so groß, wie es oft wünschenswert ist, und bis jetzt war es nicht möglich, die Empfindlichkeit zu erhöhen, ohne die Fleckschärfe auf dem Schirm zu vermindern.

Gemäß der Erfindung wird die wirksame Materialstärke rund um die Blendenöffnung der Modulationselektrode wesentlich vergrößert, und auf diese Weise kann die Empfindlichkeit erhöht werden, ohne die Form der Modulationskennlinie bemerkenswert zu verändern.

Zum Beispiel ist bei einem Versuch, wo der Modulator 4 wie in Abb. 1 eine Lochblende S aus dünnem Material mit einer Öffnung von 1,9 mm im Durchmesser aufwies, die negative zur Sperrung des Strahles nötige Spannung 20 Volt, während, wenn, wie in Abb. 2 gezeigt wird, außer dieser Blende eine zweite Blende 8' aus dünnem Material .mit einer Öffnung von 2,5 mm im Durchmesser angeordnet ist, und zwar im Abstand von 1 mm von der Blende 8 an der Kathodenseite derselben, die Sperrspannung auf 12 Volt reduziert ist. Die Stärke des Materials, das die Blendenöffnung umgibt, ist auf diese Weise in der Wirkung auf ι mm vergrößert, obwohl das tatsächlich für die Blenden verwendete Material dünn sein kann.

Mit der beschriebenen besonderen Blendenanordnung wird die Form der Modulationskennlinie gegenüber der mit der einzelnen Blende nicht nennenswert geändert, obwohl die Steilheit vergrößert wird. Die Fokussierung ist auch im wesentlichen unbeeinflußt. Durch Abänderung der Größe der Blendenöffnungen und ihres Abstandes können jedoch gewisse Änderungen in der Kennlinienform verursacht werden.

Die Blendenöffnungen können, wenn es erwünscht ist, gleichen Durchmesser haben, oder die Blende mit größerem Durchmesser kann auch weiter von der Kathode entfernt sein als die Lochblende mit dem kleineren Lochdurchmesser.

Eine der oben beschriebenen ähnliche Wirkung kann mit einer einzigen Blende aus dünnem Material erzielt werden, wenn man die Stärke des die Öffnung unmittelbar umgebenden Materials vergrößert. So kann die Blende mit einem Flansch oder einem Röhrchen rund um die Öffnung versehen werden. Das Röhrchen kann, wie in 8^a in Abb. 3 bezeichnet, zylindrische Form haben und gibt dann fast die gleiche Wirkung wie zwei Öffnungen gleichen Durchmessers, oder es kann konisch sein, wie mit 8⁶ in Abb. 4 bezeichnet, oder sein Durchmesser kann längs der Röhrenachse beliebig veränderlich sein, wobei es die Wirkung von Öffnungen verschiedenen (Durchmessers hat. Die Wirkungsweise von mit einem Röhrchen versehenen Blendenöffnungen gleicht der von Lochblenden, die einen entsprechenden Abstand voneinander haben, vorausgesetzt, daß die Entfernung zwischen solchen Blenden (und entsprechend die Ausdehnung des Röhrchens längs der Achse in der mit dem Röhrchen versehenen Blende) nicht ungewöhnlich groß ist. Der Abstand zwischen den Blenden ist gewöhnlich geringer als der Durchmesser einer der Blendenöffnungen. Die Röhrchen können entweder in der Richtung nach der Kathode hin oder in der entgegengesetzten Richtung am Durchmesser zunehmen.

Eine weitere Anordnung, welche der mit mehreren Blenden fast gleichzusetzen ist, sieht den Gebrauch von verhältnismäßig dickem Material für die Blende vor (Abb. 5). So ist eine einzelne Blende von ι mm Stärke mit einer konisch von 1,9 mm an der einen Seite bis 2,5 mm auf der anderen Seite zulaufenden Öffnung, wie Abb. 6 zeigt, in ihrer Wirkung den in Abb. 2 dargestellten zwei Blenden näherungsweise gleichwertig. Die Öffnung kann auch in anderer Form hergestellt sein.

Drei oder mehr Blenden können verwendet werden, und die öffnungen darin können je nach den Umständen gleich oder verschieden sein. In dem in Abb. 7 gezeigten Beispiel sind drei Blenden vorgesehen, und die Öffnung in der mittleren Blende 8 ist kleiner als die in den beiden äußeren Blenden 8^C und 8^d. Die gleiche öffnung kann auch in einer einzigen Blende aus dickerem Material hergestellt sein, wobei die Öffnung aus drei Teilstücken von zylindrischer Form (mit verschiedenen Durchmessern, den öffnungen in den drei getrennten Blenden entsprechend) besteht, die durch konische Teile miteinander verbunden sind.

Andererseits können die Grenzflächen der Öffnung in dem dickeren Material gebogen sein, wie Abb. 8 zeigt, z. B. kann ihre Begrenzungslinie in einer die Achse enthaltenen Ebene halbkreisförmig sein.

Wenn die Modulationsblende die in Abb. 8 gezeigte oder die fast gleichartige aus drei Lochblenden gebildete Form nach Abb. 7 hat, wobei die Öffnungen in den äußeren Blenden größer als die in der mittleren Blende sind, so wird zweckmäßig die Größe der Blendenöffnung in der Mitte so klein gewählt, wie es ohne Verringerung des in der Röhre bei Modulätorspannung Null fließenden Stromes durch Rückkehr von Elektronen vom Modulator möglich ist, und die Lochdurchmesser an den Enden der Blende werden so ausgeführt, daß Empfindlichkeit und Röhrenstrom (Strahlstrom) möglichst groß werden.

Claims (4)

120 Patentansprüche:

i. Kathodenstrahlröhre zur Ausübung des Verfahrens zur unmittelbaren Steuerung der Zahl der Elektronen im Kathodenstrahl mittels einer von den Elektronen des Strahls durch-

flogenen Steuerelektrode nach Patent 762 701, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Steuerempfindlichkeit die Ausdehnung der Öffnung der in der zylinderformigen Steuerelektrode angeordneten Blende in Richtung des Kathodenstrahls größer ist als ein Zehntel des Durchmessers der Blendenöffnung senkrecht zum Kathodenstrahl.

2. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende mit einem in Richtung des Kathodenstrahls zylindrisch oder konisch verlaufenden Ansatz versehen ist.

3. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blendenscheibe aus entsprechend dickem Material besteht.
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4. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle einer einzigen Blende mehrere parallele Lochblenden in entsprechendem Abstand hintereinander angeordnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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