DE904437C

DE904437C - Electron beam oscilloscope

Info

Publication number: DE904437C
Application number: DES21077A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Karl Hei Steigerwald
Original assignee: SUEDDEUTSCHE LABORATORIEN GmbH
Current assignee: SUEDDEUTSCHE LABORATORIEN GmbH
Priority date: 1950-11-30
Filing date: 1950-11-30
Publication date: 1954-02-18

Description

Elektronenstrahloszillograph Beim Bau von Elektronenstrahloszillographen war es bislang üblich, die zu messende Spannung an Plattenanordnungen zu legen und elektronenoptische Mittel lediglich zur Parallelisierung und Fokussierung des Elektronenstrahles zu benutzen, so daß diese Mittel zur .eigentlichen Ablenkung nicht herangezogen wurden. Da in der Hochspannungsoszillographie sehr hohe Elektronengeschwindigkeiten auftreten, war es bislang nicht möglich, Oszillographen mit großer Schreibgeschwindigkeit und zugleich großer Ablenkempfindlichkeit zu bauen.Electron beam oscillograph When building an electron beam oscilloscope it was customary up to now to apply the voltage to be measured to plate assemblies and electron-optical means only for parallelizing and focusing the electron beam to use so that these means are not used for the actual distraction became. Because very high electron speeds in high voltage oscillography occur, it was previously not possible to write oscilloscopes with high writing speed and at the same time great sensitivity to distraction.

Folgende Überlegung weist einen Weg zur Behebung dieser Schwierigkeit: Die Brechkraft elektrostatischer Einzellinsen . hängt von dem Verhältnis zwischen Linsenspannung und Beschleunigungsspannung ab, derart, daß die Brechkraft - eine Funktion f der Größe R ist: Hierbei ist R seinerseits eine Funktion W der Linsenspannung Uz und der Beschleunigungsspannung UI; im folgenden Sinne: Mithin ist also bei festem UR eine Funktion von UL.The following consideration shows a way to overcome this problem: The refractive power of electrostatic individual lenses. depends on the relationship between the lens voltage and the accelerating voltage, in such a way that the refractive power - is a function f of quantity R: Here, R is in turn a function W of the lens voltage Uz and the acceleration voltage UI; in the following sense: So is So with a fixed UR a function of UL.

Fig. i zeigt den Verlauf über (R). -Aus dieser Kurve geht hervor, daß mit kleiner werdendem Wert von R die Brechkraft mehrmals den Wert o durchläuft. Durch geeignete Wahl der Linsenförm kann erreicht werden; daß für U$ = UL oder R = o die Brechkraft selbst zu o wird und die Kurve (R) in einem begrenzten Gebiet um den Wert R = o steil, aber noch stetig und fast als Gerade verläuft. Eine geringe Veränderung von Uz führt also bereits zu starken Veränderungen in der Brechkraft der Linse. Dies bedeutet für einen, in kleinem Abstand r parallel zur optischen Achse verlaufenden Elektronenstrahl, daß er bei einer geringen Veränderung d Uz der Linsenspannung je nach der konstanten Größe UK in einem mehr oder weniger großen Winkel a gegen die optische Achse gebrochen wird. Ist d UZ nun so klein, daß das daraus resultierende 4 R noch in dem durch ein gestricheltes Rechteck angedeuteten Bereich bleibt, in dem von R noch als Gerade verläuft. So ist die Abweichung d a des Strahles von der Richtung der optischen Achse proportional d UL. Der Ausschlag a des Strahles ist also ein Maß für die Größe des an die Linse gelegten Spannungsunterschiedes d Ur, gegen den Wert UZ = UK. Da für den Fall UZ = UK eine sehr starke Bremsung der Elektronen in der Linse eintritt, steigt die Empfindlichkeit der Elektronen, und es ist daher möglich, Hochspannungsoszillographen zu bauen, die zugleich eine hohe Empfindlichkeit und eine hohe Schreibgeschwindigkeit haben.Fig. I shows the course over (R). From this curve it can be seen that as the value of R becomes smaller, the refractive power passes through the value o several times. By suitable choice of the lens shape can be achieved; that for U $ = UL or R = o the refractive power itself becomes o and the curve (R) runs steeply but still steadily and almost as a straight line in a limited area around the value R = o. A small change in Uz therefore already leads to major changes in the refractive power of the lens. For an electron beam running at a small distance r parallel to the optical axis, this means that if there is a slight change d Uz in the lens voltage, depending on the constant size UK, it will be refracted at a more or less large angle a relative to the optical axis. If d UZ is now so small that the resulting 4 R still remains in the area indicated by a dashed rectangle, in which from R still runs as a straight line. The deviation da of the beam from the direction of the optical axis is proportional to d UL. The deflection a of the beam is therefore a measure of the size of the voltage difference d Ur applied to the lens, against the value UZ = UK. Since for the case UZ = UK there is a very strong braking of the electrons in the lens, the sensitivity of the electrons increases, and it is therefore possible to build high-voltage oscilloscopes that have a high sensitivity and a high writing speed at the same time.

Die Erfindung betrifft nun einen Elektronenstrahloszillograph, insbesondere Hochspannungsoszillograph, der sich von dem bisher bekannten dadurch unterscheidet, daß als Ablenkmittel mindestens eine elektronenoptische Linse, die zum Strahlerzeugungssystem derart angeordnet ist, daß der Strahl durch sie abgelenkt wird,- verwendet wird, und Schaltmittel vorgesehen sind, durch die das Verhältnis von Beschleunigungsspannung und Spannung der Ablenklinse in Abhängigkeit von der zu messenden Spannung verändert wird.The invention now relates to an electron beam oscilloscope, in particular High-voltage oscilloscope, which differs from the previously known one in that that as deflection means at least one electron-optical lens, which is part of the beam generating system is arranged in such a way that the beam is deflected by it, - is used, and switching means are provided by which the ratio of accelerating voltage and the voltage of the deflecting lens is changed as a function of the voltage to be measured will.

Besonders nützlich ist es, zur Strahlablenkung elektrostatische Linsen, vorzugsweise elektrostatische Zylinderlinsen, zu verwenden (vgl. z. B. das Buch »Elektronengeräte«, Brüche u. Recknagel, Verlag Springer, 1941, S. 114 und 1Z5).It is particularly useful to use electrostatic lenses to deflect the beam, preferably electrostatic cylinder lenses to be used (see e.g. the book "Elektrongeräte", Brüche and Recknagel, Verlag Springer, 1941, pp. 114 and 1Z5).

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daB zwei -,liblenk-Systeme mit verschiedenen Ablenkrichtungen verwendet werden können.Another advantage is that two, liblenk systems with different deflection directions can be used.

Für den Fall der Verwendung von zwei Ablenksystemen können Schaltmittel vorgesehen werden, durch die den beiden Ablenksystemen zwei verschiedene MeBspannungen zugeführt werden.In the event that two deflection systems are used, switching means be provided, through which the two deflection systems two different measurement voltages are fed.

Wesentlich ist es jedoch immer, daß der Elektronenstrahl unter einem gewissen Abstand r von der optischen Achse in das ablenkende System eintritt oder aber beim Eintritt an der-optischen Achse nicht parallel mit dieser verläuft. Dies kann man durch Exzentrizität der ablenkenden Linse erzielen oder technisch einfacher durch Versetzen der Elektronenquelle gegen die optische Achse.However, it is always essential that the electron beam under one a certain distance r from the optical axis enters the deflecting system or but when entering the optical axis does not run parallel to it. this can be achieved by eccentricity of the deflecting lens or technically easier by offsetting the electron source from the optical axis.

Die Fig. 2 bis 5 zeigen in zum Teil schematischer Darstellung einige Anordnungsbeispiele gemäß der Erfindung. Fig. 2 zeigt eine Anordnung zur Strahlablenkung in einer Richtung. Die Zylinderlinse L1 erzeugt eine Brenngerade in der Zylinderlinse L,., die als Ablenkorgan arbeitet. Die Zylinderlinse L, bildet die Brenngerade auf dem Leuchtschirm ab. Der Winkel a bezeichnet die Ablenkung der Elektronenstrahlen i , bzw. 2 von der optischen Achse nach der Stelle 3. Es entsteht so zunächst nur eine Schreibgerade. Bildet man die Linsen L1 bis L3 rotationssymmetrisch aus, so läßt sich für die Ablenkung in Richtung einer Koordinätenachse auch ein kreisförmiger Schreibfleck auf dem Leuchtschirm erzielen. Ordnet man dem Linsensystem nach Fig. 2 das gleiche System um go° versetzt noch einmal .zu und schachtelt es in das schon vorhandene System ein, so erhält man ein System gemäß Fig. 3, welches die Ablenkung in zwei Richtungen gestattet und einen kreisförmigen Schreibfleck erzeugt. Die entstehende Linsenfolge lautet nun: L1, L2, L., L;, L3, L4. Der Öffnungswinkel der in die Linse L"" eintretenden Strahlung ist mit ß bezeichnet. Man kann die Linsenpaare L1, L2 und L3, L4 durch je eine rotationssymmetrische Linse L1 r und L2,. ersetzen (Fig. q.). Der von Llr erzeugte Brennfleck liegt zwischen L. und Lz als Ablenksystemen und wird von L2,. auf dem Schirm abgebildet. Da im Gegensatz zur Anordnung nach Fig: 3 in den Linsen L "t und ZZ keine Brenngeraden erzeugt werden, sondern die Linse L1 r einen Brennfleck zwischen L",, und L" erzeugt, wird bei gleichem Öffnungswinkel des Strahles sein Querschnitt in den ablenkenden Linsen der Anordnung nach Fig. 4 größer als in der Anordnung nach Fig. 3, wodurch die Abbildungsfehler des Schreibflecks, hervorgerufen durch den Ablenkvorgang, ebenfalls größer werden. Um gleiche Fehler zu erreichen, muß deshalb der Winkel ß bei Fig. q. klein gehalten werden, wodurch eine Beschränkung der erreichten Schreibhelligkeit und damit der Schreibgeschwindigkeit erzwungen wird.FIGS. 2 to 5 show some in a partially schematic representation Arrangement examples according to the invention. Fig. 2 shows an arrangement for beam deflection in one direction. The cylinder lens L1 creates a focal line in the cylinder lens L,., Which works as a diverting organ. The cylindrical lens L forms the focal line the fluorescent screen. The angle a denotes the deflection of the electron beams i or 2 from the optical axis to point 3. It only arises in this way at first a straight line. If the lenses L1 to L3 are designed to be rotationally symmetrical, then a circular axis can also be used for the deflection in the direction of a coordinate axis Achieve a writing spot on the fluorescent screen. If one assigns the lens system according to Fig. 2 the same system shifted by go ° again .zu and already nested it in that an existing system, so one obtains a system according to FIG. 3, which the deflection Allowed in two directions and creates a circular writing spot. The emerging The lens sequence is now: L1, L2, L., L ;, L3, L4. The opening angle of the inside the lens L "" incoming radiation is denoted by β. The lens pairs L1, L2 and L3, L4 by a rotationally symmetrical lens L1 r and L2 ,. replace (Fig. q.). The focal point generated by Llr lies between L. and Lz as deflection systems and is from L2 ,. shown on the screen. As in contrast to the arrangement according to Fig: 3 in the lenses L "t and ZZ no focal lines are generated, but the Lens L1 r creates a focal point between L "" and L "is at the same aperture angle of the beam its cross section in the deflecting lenses of the arrangement according to Fig. 4 larger than in the arrangement according to FIG. 3, whereby the aberrations of the writing spot, caused by the deflection process, also become larger. To the same mistakes To achieve, therefore, the angle ß in Fig. q. can be kept small, whereby a limitation of the achieved writing brightness and thus the writing speed is forced.

Für geringe Intensitäten genügt eine Anordnung nach Fig.5. Ein dünn ausgeblendeter, möglichst paralleler Strahl wird von L. und L; abgelenkt und von der Rotationssymmetrielinse L1,. auf dem Leuchtschirm abgebildet.An arrangement according to FIG. 5 is sufficient for low intensities. A thin faded out, as parallel as possible beam is from L. and L; distracted and from the rotationally symmetrical lens L1 ,. shown on the luminescent screen.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Electron beam oscilloscope, in particular high-voltage oscilloscope, characterized in that at least one electron-optical lens, which is arranged in relation to the beam generating system in such a way that the beam is deflected by it, is used as deflection means, and switching means are provided through which the ratio of acceleration voltage to voltage is provided of the deflection lens is changed depending on the voltage to be measured.

2. Electron beam oscilloscope according to claim Z, characterized in that for beam deflection electrostatic Lenses, preferably electrostatic cylinder lenses, can be used.

3. Electron beam oscillograph according to claims i and 2, characterized in that two deflection systems provide the deflection -Allow in two different directions of deflection. q .. electron beam oscilloscope according to claim, characterized in that switching means are provided by that two different measuring voltages are fed to the two deflection systems.