DE927458C

DE927458C - Einrichtung bei einer Elektronenstrahlroehre

Info

Publication number: DE927458C
Application number: DEN5846A
Authority: DE
Inventors: Benno Frederik Jurgens; Jean Robert Perilhou
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1951-07-28
Filing date: 1952-07-25
Publication date: 1955-05-09
Also published as: US2736837A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung mit einer Elektronenstrahlröhre mit einem Elektrodensystem, das aus mindestens einer Kathode, einer Sauganode, einer Fangelektrode und zwei zwischen der Sauganode und der Fangelektrode liegenden Gittern besteht. Weiter bezieht sich die Erfindung auf eine Elektronenstrahlröhre zur Verwendung in einer solchen Einrichtung.

Es sind bereits elektrische Entladungsröhren bekannt, in denen die von der Kathode emittierten Elektronen auf ihrem Wege zu der Anode oder der Fangelektrode meihrere Gitter passieren, die eine besondere Bauart haben und auf besondere Weise einander gegenüber angeordnet sind; diese Maßnahmen bezweckten stets eine besondere Stromverteilung. Es ist unter anderem eine Schirmgitterröhre bekannt, in der das Steuergitter und das Schirmgitter parallel angeordnet sind und beide Gitter aus Wendeln bestehen, die derart in Bezug aufeinander angeordnet sind, daß die Drähte des Schirmgitters sich, von der Kathode her gesehen, gerade hinter den Drähten des Steuergitters befinden. Die Absicht war eine Verringerung des Schirmgitterstroms. Bei diesen Bauarten wurde offenbar vorausgesetzt, daß die Elektronen von der Kathode in praktisch parallelen Bahnen zu dem ersten Gitter wandern; besondere Maßnahmen, um dies zu bewirken, wurden jedoch nicht erwähnt. Um mit diesen Entladungsröhren die gewünschte Wirkung zu erzielen, soll das Steuergitter eine negative, das Schirmgitter eine positive Ladung gegen die Kathode haben. Die Steuerung ist eine reine Intensitätssteuerung. Diese Steuerung des Elektronenstroms mittels der Gitter wird von der

Bündelbildtmg nicht beeinflußt. Dies ist wohl der Fall bei einer anderen bereits bekannten Art von Entladungsröhren, bei denen die Anordnung des Elektrodensystems im übrigen der Elektrodenaufstellung bei den vorerwähnten Röhren einigermaßen ähnelt.

Bei diesen bekannten Röhren sind zwischen der Kathode und der in zwei Teile geteilten Anode mindestens zwei Gitter vorhanden, die eine Ablenksteuerung bewirken. Zu diesem Zweck sind die Gitter derart angebracht, daß die Drähte des einen Gitters hinter oder in den Mitten der Öffnungen des anderen Gitters liegen. Man hat also gleichsam ein mehrfaches Ablenksystem. Die Steuerspannungen

^X5 werden den Gittern vorzugsweise in Gegenphase zugeführt. Diese Steuerspannungen bewirken, daß der Elektronenstrom abwechselnd zu dem einen oder dem anderen Teil der Anode wandert. Den Steuergittern wird eine negative Vorspannung zugeführt, um das Aufnehmen von Elektronen weitgehendst zu verhüten. Auch bei diesen Entladungsröhren wurde offenbar davon ausgegangen, daß die Elektronen parallelen Bahnen folgen, da keine besonderen Maßnahmen zum Erhalten einer Parallelitat angedeutet sind.

Im Gegensatz zum oben als bekannt geschilderten weist die Einrichtung nach der Erfindung eine Elektronenstrahlröhre auf, bei der Maßnahmen getroffen sind, um den emittierten Elektronenstrom in einem einzigen Bündel bestimmter Form zu konzentrieren. Zu diesem Zweck enthält das Elektrodensystem mindestens eine Säuganode. Unter Konizentrierung braucht hier nicht verstanden zu werden, daß alle Elektronen in genau parallelen Bahnen wandern, sondern daß es eine ausgeprägte Hauptrichtung für den Elektronenstrom gibt.

Eine Einrichtung nach der Erfindung ist mit einer Elektronenstrahlröhre versehen, deren Elektrodensystem aus mindestens einer Kathode, einer

Sauganode, einer Fangelektrode und zwei zwischen der Sauganode und der Fangelektrode liegenden Gittern besteht, wobei die vollen Teile des zweiten Gitters in der Mitte hinter den öffnungen des ersten Gitters liegen, und erfindungsgemäß die beiden Gitter an einer gegenüber der Kathodenspannung höheren Gleichspannung liegen, und die Spannung der Fangelektrode mindestens gleich der des Gitters ist, das an der niedrigsten Gleichspannung liegt, und mindestens eines der Gitter als Steuergitter dient, und die dort angelegten Spannungen von einer solchen Größe sind, daß die von denen als Linse wirkenden Gittern gebildeten Bündel zwischen dem zweiten Gitter und der Fangelektrode konvergieren.

Es leuchtet ein, daß im allgemeinen eine Elektronenstrahlröhre zum Bilden eines Bündels mehr Elektroden braucht als vorstehend angedeutet sind. Da die Erfindung unabhängig ist von der Art, in der das Bündel gebildet wird, ist im folgenden und in den Patentansprüchen das einfachste System zur Bildung des Bündels angenommen. Dies schließt jedoch alle bisher bekannten Maßnahmen zur Bildung eines Bündels bei einer Elektronenstrahlröhre und einer Einrichtung nach der Erfindung nicht aus. ■

Mit einer Einrichtung nach der Erfindung kann folgendes erreicht werden:

Dais Elektronenbündel wird! von den beiden Gittern in eine Anzahl kleiner Bündel geteilt, die gleich der Anzahl halber Maschen desjenigen Teiles des ersten Gitters ist, den das Elektronenbündel passiert, da die kleinen Bündel sich zwischen einem vollen Teil, z. B. einem Draht, des ersten Gitters und einem vollen Teil, z. B. einem Draht, des zweiten Gitters bilden.

Wie bemerkt, müssen die von den Gittern gebildeten Bündel konvergent sein. Dies wird dadurch bewirkt, daß die Gitterspannungen richtig eingestellt werden. Vorstehend wurde bereits als Anforderung für diese Spannungen erwähnt, daß die Spannung des Gitters mit der niedrigsten Spannung maximal gleich der Spannung der Fangelek· trade ist, und die beiden Gitter eine die Kathodenspannung übersteigende Spannung haben. Die Erfüllung dieser Forderung verbürgt jedoch noch nicht die Erzielung konvergenter Bündel, da es zu diesem Zweck erforderlich ist, daß in nachfolgender Gleichung / größer als Null wird.

f fl ft

In dieser Gleichung ist

k-V_al

Vgl - V* h

fi =

V v

" a " ι

(ι)

(2)

(3)

_g2

In diesen Formeln ist • Vjt = die Spannung der dem ersten Gitter unmittelbar vorangehenden Elektrode, Vg₁ = die "Spannung des ersten Gitters, Vg₂ = die Spannung des zweiten Gitters, V's = die Spannung der Fangelektrode,

1₁ = der Abstand zwischen der dem ersten Gitter vorangehenden Elektrode und dem ersten Gitter,

1₂ = der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Gitter, -

/₃ = der Abstand zwischen dem zweiten Gitter n₅ und der Fangelektrode,

k = eine Konstante, deren Wert zwischen 2 und 4 liegt,

^₁ = die Brennweite der vom ersten Gitter und

f₂ = die Brennweite der vom zweiten Gitter gebildeten Linsen.

In der Praxis.wird es nicht immer erforderlich sein, die Abstände und die Spannungen zu messen, um festzustellen, ob f größer als Null wird und somit die Bündel nach dem zweiten Gitter konvergent sind, da öfters auf einfache Weise festgestellt wer-

den kann, ob nach dem zweiten Gitter ein Brennpunkt oder eine !kennlinie gebildet wird (eine Brennlinie wird gebildet, wenn die Gitter ausschließlich parallele Drähte enthalten; dabei ist die Konstante k = 2 zu setzen; für Gitter aus durchlochten Platten muß k =4 gesetzt werden). Ist z.B. die Fangelektrode mit Lumineszenzmaterial überdeckt, so ist dies besonders einfach.
Aus den vorangehenden Gleichungen (1), (2)

ίο und (3) ergibt es sich, daß die Brennweite der Bündel abhängig ist von den Spannungen der Gitter, der Fangelektrode und der dem ersten Gitter unmittelbar vorangehenden Elektrode; die absoluten Spannungen sind dabei jedoch wie bei jedem elektronenoptischen System nicht maßgebend, sondern dies sind nur die Spannungsverhältnisse. Zum Vereinfachen der Erklärung der Wirkungsweise einer Einrichtung nach der Erfindung wird somit im folgenden angenommen, daß die Spannungen der Fangelektrode und der dem ersten Gitter unmittelbar vorangehenden Elektrode (im allgemeinen der Sauganode) konstant sind und daß nur die Gitterspannungen geändert werden. In der Praxis ist dies auch meistens der Fall.

Wenn die Gitterspannungen geändert werden (unter Berücksichtigung der vorerwähnten Anforderungen), tritt im allgemeinen außer einer Änderung der Brennweite auch eine Verschiebung der Brennpunkte auf, derart, daß die Brennpunkte zweier auf verschiedenen Seiten eines Drahtes des zweiten Gitters liegender Bündel sich in entgegengesetztem Sinne bewegen. Diese Verschiebung ν kann bei nicht allzu großen Änderungen von V_gi und F_s2 durch folgende Gleichung wiedergegeben werden:

ν = ■

d (I

(4)

wobei d der Abstand zwischen zwei vollen nebeiieinanderliegenden Teilen, z. B. zwei benachbarten Drähten eines Gitters, ist.

Die Brennpunkte oder Brennlinien können naturgemäß vor, auf oder hinter der Fangelektrode liegen. Einfachheitshalber wird weiter angenommen, daß die Brennpunkte oder Brennlinien auf der Fangelektrode liegen. Sind die Gitterspannungen einmal auf diese Weise eingestellt, so wird naturgemäß eine auf eine oder auf die beiden Gitter spannungen aufgedrückte Wechselspannung im allgemeinen eine Änderung sowohl der Brennweite als auch der Stelle des Brennpunktes hervorrufen. Aus den vorerwähnten Gleichungen (ij, (2), (3) und (4) kann nun abgeleitet werden, daß infolge des gegenphasigen Zuführens der Wechselspannung zu den beiden Gittern große S teuer spannungen zulässig und somit große Verschiebungen der Brennpunkte erreichbar sind, ohne nennenswerte Änderung der Brennweite.

Die vorgenannten Formeln, Gleichungen und Resultate gelten naturgemäß nur annäherungsweise. Anforderung ist nur, daß die Gitter konvergente Bündel bilden.

Die Verschiebung der Brennpunkte kann auf mancherlei Weise benutzt werden. Die Erfindung vergrößert also die Anzahl Steuermöglichkeiten eines Elektronenbündels, wodurch der Anwendungsbereich von Elektronenstrahlröhren beträchtlich vergrößert wird, da, abgesehen von den vorgenannten Anforderungen, man nicht an bestimmten Bauarten des Elektrodensystems gebunden ist. Es können z. B. Gitter verwendet werden, die gekreuzte Drähte enthalten, oder Gitter, die ausschließlich parallele Drähte enthalten; bei einer einfachen Kombination besteht ein erstes Gitter aus drei und ein zweites Gitter aus zwei Drähten, parallel zu den Drähten des ersten Gitters, die in der Mitte hinter den Öffnungen zwischen den Drähten des ersten Gitters liegen.

Weiter kann das Elektronenbündel, bevor es das erste Gitter erreicht, auf an sich bekannte Weise abgelenkt werden. Es wird dann der Bündelquerschnitt im allgemeinen kleiner als die Oberfläche des ersten Gitters sein. Dabei sei bemerkt, daß in diesem Fall die Anforderung, daß die vollen Teile des zweiten Gitters in der Mitte hinter den Öffnungen des ersten Gitters liegen sollen, derart verstanden werden soll, daß diese Teile auf einer Linie liegen müssen, die sich durch den Drehpunkt des abgelenkten Bündels und die Mitte der Öffnungen des ersten Gitters erstreckt. Die Richtung der Verschiebung der Brennpunkte, die von den Gittern hervorgerufen wird, kann bei einer Einrichtung mit einer solchen Röhre mit der Ablenkrichtung zusammenfallen oder von ihr verschieden sein, z. B. senkrecht zu ihr stehen. Im erstgenannten Fall kann also durch die Gitter z. B. eine Korrektion der bereits hervorgerufenen Ablenkung vorgenommen werden.

Selbstverständlich kann die Intensität des Bündels durch eine Blende oder einen sogenannten Wehneltzylinder geändert werden. .

Aus dieser Beschreibung und den Gleichungen ist ersichtlich, daß die Abstände zwischen den Gittern und zwischen den Gittern und der Fangelektrode bzw. der dem ersten Gitter vorangehenden Elektrode sowohl die Brennweite als auch die Verschiebung der Brennpunkte beeinflussen. Im allgemeinen wird der Abstand zwischen der dem ersiten Gitter vorangehenden Elektrode und der Fangelektrode gegenüber dem Abstand zwischen den Gittern groß sein, vorzugsweise wird er größer als das Fünffache dieses Abstandes gewählt.

Wie vorstehend bemerkt, ist es erforderlich, daß zwischen den Gittern und der Fangelektrode ein elektrostatisches Feld erzeugt werden kann. Besteht die Fangelektrode aus Metall, so liegen in diesem Fall keine Schwierigkeiten vor. Tst die Fangelektrode jedoch ein Lumineszenzschirm, so müssen besondere Maßnahmen zum Erzeugen dieses Feldes getroffen werden. Es kann z. B. auf bekannte Weise der Lumineszenzstoff mit einem leitenden Stoff, z. B. Metall, gemischt werden. Es kann auch auf der der Kathode zugewendeten Seite des Lumineszenzschirmes ein für Elektronen durchlässiger Metallüberzug angebracht werden. Eine andere

Lösung besteht darin, daß vor oder hinter dem Lumineszenzschirm ein Gitter angebracht wird, das die Wirkung einer Fangelektrode hat, jedoch nicht verhütet, daß die Elektronen den Lumineszenzschirm treffen. Zum Ableiten der Ladung, die der Schirm dabei erhält, sollen dann bekannte Mittel zur Vermeidung diese© Aufladen» benutzt werden, unter anderem eine hinreichende Sekundäremission des Schirmes. Die Sekundärelektronen können dabei von der gitterförmigen Fangelektrode aufgefangen werden.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand einer Zeichnung beispielsweise näher erläutert, in der Fig. i, 2, 3 und 4 schematisch darstellen, wie die konvergenten Bündel gebildet werden, und

Fig. s schematisch die Bauart einer Einrichtung nach der Erfindung für Gegentaktverstärkung darstellt.

In Fig. ι bezeichnet 1 die Fangelektrode^ 2 und 3 die zwischen der nicht dargestellten Saüganode und der Fangelektrode liegenden Gitter. Zum Verein-, fachen der Erklärung der Wirkungsweise der Einrichtung ist ein Elektrodensystem mit Gittern mit ausschließlich parallelen Drähten dargestellt, die senkrecht zur Zeichnungsebene stehen. Es ist deutlieh ersichtlich, daß die Drähte des Gitters 3 hintei der Mitte der Öffnungen zwischen zwei Drähten des Gitters 2 liegen. Die Elektronen sind von der Sauganode derart gebündelt, daß sie in parallelen Bahnen in Richtung des Gitters 2 wandern. Den Gittern 2 und 3 werden die Kathodenspannung übersteigende Gleichspannungen zugeführt. Die in Fig. ι dargestellte Bündelung entsteht, wenn f_i/f₂ = ι + 1₂/1_S. Die Verschiebung v, die durch die Gleichung (4) gegeben ist, ist dabei Null. Durch Zuführung einer Steuerwechselspannung zu einem oder den beiden Gittern 2 und 3 können die Brennpunkte an der Fangelektrode r verschoben werden. In Fig. 2 ist ein Zustand veranschaulicht, in dem die Brennpunkte verschoben sind, ohne daß die Brennweite sich praktisch geändert hat. Dies läßt sich dadurch erreichen, daß die Steuerspannung den Gittern 2 und 3 gegenphasig zugeführt wird. Dieses Steuerverfahren ist auch bei den Fig. 3 und 4 angenommen.

Der in Fig. 2 dargestellte Zustand ist ein besonderer, da die Verschiebung der Brennpunkte gerade derart ist, daß stets zwei Brennpunkte der Bündel, wie in Fig. 1 dargestellt, hinter einem Draht des Gitters 3 zusammengefallen sind. Die Stromstärke an der Aufprallstelle der Fangelektrode wird also das Zweifache der Stromstärke an der Aufprallstelle der Fangelektrode bei der Brennpunktverteilung nach Fig. 1 sein.

In Fig. 3 ist ein anderer besonderer Zustand veranschaulicht, in dem auch zwei Bündel in einem Brennpunkt zusammentreffen, der jedoch hinter einem Draht des Gitters 2 liegt.

Die S teuer spannung kann auch so groß gemacht werden, daß die Bündel sich kreuzen. Ein solcher Zustand ist in Fig. 4 veranschaulicht.

Die Fig. 1 bis 4 stellen selbstverständlich eine idealisierte Form der Bündel dar. In Wirklichkeit werden sie nicht von geraden Linien oder Ebenen begrenzt sein. Es hat sich jedoch ergeben, daß scharfe Brennpunkte oder Brennlinien erhalten werden können.

Die Bündelverschiebung entsprechend den Fig. 1 bis 4 kann für verschiedene Zwecke benutzt werden. Die Verschiebung kann mit einer normalen Ablenkung verglichen werden, und es können also Elektronenstrahlröhren zur Verstärkung von Schwingungen zur Frequenzvervielfachung, zur Erzeugung von Schwingungen usw. hergestellt werden. Die Fangelektrode kann auch als Lumineszenzschirm ausgebildet werden, auf dem dann ein Linienraster oder ein Punktraster beschrieben werden kann.

Fig. 5 stellt beispielsweise eine Einrichtung mit einer Elektronenstrahlröhre dar, in der die Fangelektrode geteilt ist. In dieser Figur ist die Entladungsröhre mit 4 bezeichnet; diese Entladungsröhre enthält eine Fangelektrode 5, die in eine Anzahl von Elektroden geteilt ist, die abwechselnd miteinander und mit der Primärwicklung eines Ausgangstransformators 6 verbunden sind. Die Röhre 4 enthält weiter eine Kathode 7, die durch einen Heizfaden 8 geheizt werden kann. Mit Hilfe der Sauganode 9 werden die von der Kathode/ ausgesandten Elektronen in einem einzigen Bündel konzentriert, in dem die Elektronen parallelen Bahnen folgen. Dieses Bündel wird von den Gittern 10 und 11 in konvergente Bündel umgewandelt, die von der über den Transformator 12 zugeführten Steuerwechselspannung entweder zu der einen oder zur anderen Reihe von Fangelektroden gesteuert werden können. Mit 13 ist eine Spannungsquelle bezeichnet, die mit einem Spannungsteiler 14 verbunden ist, dem die Spannungen für die verschiedenen Elektroden entnommen werden. Bei der in Fig. 5 dargestellten Röhre bestehen die Fangelektroden aus Streifen senkrecht zur Zeichnungsebene; die Gitter 10 und 11 enthalten ausschließlich parallele Drähte, parallel zu diesen Streifen. Die von den Gittern 10 und 11 gebildeten Bündel haben also eine zur Zeichnungsebene senkrechte Abmessung, die wesentlich größer ist als die Abmessung in der Zeichnungsebene, senkrecht zu den Gitterdrähten.. Die Kathode 7 und die Sauganode 9 sind somit derart gebaut, daß ein Bündel gebildet wird, das die ganze Gitteroberfläche mit wei'tgehendst parallel wandernden Elektronen bombardiert.

Es seil noch· bemerkt, daß anstatt des Elektronenbündels, dessen Querschnittsabmessungen annähernd den Abmessungen der Gitter entsprechen, auch ein Elektronenbündel mit geringem Querschnitt benutzt werden kann; dieses Bündel kann, bevor es das Gitter 10 passiert, derart abgelenkt werden, daß es die Oberfläche dieses Gitters ganz abtastet.

Es wird dem Fachmann einleuchten, daß durch eine Einrichtung nach der Erfindung auf mancherlei Weise sehr verschiedene elektrische Erscheinungen erzeugt oder beeinflußt werden können. Es können z. B. durch eine Einrichtung nach Fig. 5 auf einfache Weise Schwingungen erzeugt werden,

indem eine Kopplung zwischen den Ausgangselektroden und einem oder den beiden Gittern angebracht wird.

Die Erfindung beschränkt sich somit durchaus nicht auf die dargestellten Ausführungsformen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

I. Einrichtung bei einer Elektronenstrahlröhre mit einem Elektrodensystem, das mindestens aus einer Kathode, einer Sauganode, einer Fangelektrode und zwei zwischen der Sauganode und der Fangelektrode liegenden Gittern besteht, wobei die vollen Teile des zweiten Gitters in der Mitte hinter den Öffnungen des ersten Gitters liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Gitter an einer gegenüber der Kathodenspannung höheren Gleichspannung liegen und die Spannung der Fangelektrode mindestens gleich der des Gitters ist, das an der niedrigsten Gleichspannung liegt, und mindestens eines der Gitter als Steuergitter dient und die dort angelegten Spannungen von einer solchen Größe sind, daß die von denen als Linse wirkenden Gittern gebildeten Bündel zwischen dem zweiten Gitter und der Fangelektrode konvergieren.
2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß vor den Gittern elektrostatische und/oder elektromagnetische Ablenkmittel vorhanden sind.
3. Elektronenstrahlröhre zur Verwendung bei einer Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksamen Oberflächen beider Gitter ausschließlich aus parallelen Drähten bestehen.
4. Elektronenstralhlrölhren zur Verwendung bei einer Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den zwei Gittern klein ist gegenüber dem Abstand zwischen der Fangelektrode und der dem ersten Gitter unmittelbar vorangehenden Elektrode.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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