DE975071C

DE975071C - Elektronenstrahlroehre mit einer Auffangelektrode

Info

Publication number: DE975071C
Application number: DEN7581A
Authority: DE
Inventors: Benno Frederick Juergens
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1952-08-13
Filing date: 1953-08-09
Publication date: 1961-08-03
Also published as: NL171800B; US2803781A; GB746777A; BE522075A; FR1088280A

Description

Bei der Verwendung von Elektronenstrahlröhren besteht im allgemeinen ein Bestreben nach einer linearen Beziehung zwischen der Verschiebung des Auftreffpunktes des Elektronenstrahles auf der Auffangelektrode und der den elektrostatisch oder.elektromagnetisch wirkenden Ablenkmitteln zugeführten Spannung bzw. Strom.

Dies gilt sowohl für Elektronenstrahlröhren, die einen Leuchtschirm enthalten, z. B. zum Aufzeichnen von Oszillogrammen oder Fernsehbildern, als auch für Röhren, in denen der Elektronenstrahl auf eine oder mehrere Anoden gerichtet wird, wodurch dann mehrere Schaltungen verwirklicht werden können.

Es ist bekannt, daß in den meisten Fällen diese Beziehung nicht völlig linear ist. Es wurden allerdings Maßnahmen zur Korrektion der Abweichungen von der linearen Beziehung vorgeschlagen, aber im allgemeinen sind sie so gering, unter anderem wegen der nicht sehr großen Ablenkwinkel, daß eine Korrektion nicht notwendig ist.

Für besondere Zwecke wurden Elektronenstrahlröhren gebaut, in denen vor und parallel zur Auffangelektrode eine Elektrode vorgesehen ist, die in den meisten Fällen gitterförmig ist, jedoch auch aus einer dünnen, für Elektronen durchlässigen Metallhaut bestehen kann. Durch das Anlegen von geeigneten Spannungen an die Auffangelektrode und die vor dieser angebrachte Elektrode kann zwischen diesen Elektroden ein elektrostatisches Feld erzeugt werden, wobei die Hauptrichtung der Kraftlinien ungefähr senkrecht zu den Oberflächen der beiden Elektroden gerichtet ist. Ein solches Elektrodensystem kann z. B. für die sogenannte Nachbeschleunigung des Elektronenstrahls verwendet werden. Auch in Röhren zur Wiedergabe von Farbfernsehbildern wird häufig ein Gitter parallel zur Auffangelektrode verwendet, um das Fernsehbild

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in Zeilen oder Punkten verteilen zu können, was für die Wirkung vieler Farbfernsehsysteme erforderlich ist. Ein Elektronenstrahl, der in das oben beschriebene elektrostatische Feld unter einem Winkel mit den Kraftlinien eintritt, was meist der Fall sein wird, ist einer mit der Einfallsrichtung einen Winkel einschließenden Kraft unterworfen und wird folglich gemäß einer gekrümmten Bahn geleitet. Infolge dieser Ablenkung entsteht eine größere Abweichung' vom ίο linearen Verhältnis zwischen der Verschiebung des Auftreffpunktes und der ablenkenden Spannung bzw. dem Strom, denn diese Ablenkung ist von dem Winkel zwischen der Einfallsrichtung und den Kraftlinien abhängig und wird daher durch das Maß der Ablenkung bedingt. Folglich ist in Röhren dieser Art in vielen Fällen allerdings eine Korrektion der Ablenkung erforderlich.

Die Erfindung schafft Mittel zur Korrektion der infolge der oben beschriebenen Abweichung entstandenen nichtlinearen Beziehung zwischen der Verschiebung des Auftreffpunktes und der Ablenkspannung bzw. des Ablenkstromes.

Bei einer Elektronenstrahlröhre mit einer Kathode, einer Beschleunigungselektrode, einer nahezu flachen Auffangelektrode, einer vor und parallel zu dieser angeordneten und für Elektronen durchlässigen Elektrode, wobei sich zwischen den letzteren Elektroden ein elektrostatisches Feld ausbildet, und Vorrichtungen zur Ablenkung des Elektronenstrahles sowie vor den Hauptablenkorganen angeordneten zusätzlichen Ablenkorganen sind gemäß der Erfindung vor der Ablenkzone zwei gleich große, in entgegengesetzter Richtung wirkende Ablenkfelder vorgesehen, die Ablenkungen des Elektronenstrahles parallel zu sich selbst und in der Ablenkebene hervorrufen, und die zusätzlichen Ablenkorgane sind derart mit den Hauptablenkorganen gekoppelt, daß sie der vom Feld zwischen der Auffangelektrode und der vor dieser liegenden, für Elektronen durchlässigen Elektrode herbeigeführten Ablenkung des Elektronenstrahles entgegenwirken.

Es wird naturgemäß das Bestreben vorliegen, die Abweichung völlig zu neutralisieren. In gewissen Fällen wird man sich aber mit einem teilweisen Ausgleich zufriedengeben müssen.

Die gleichen, jedoch entgegengesetzt gerichteten Felder lassen sich von zwei hintereinander angeordneten Ablenkplattenpaaren, die kreuzweise miteinander verbunden sind, oder von zwei in entgegengesetztem Sinne von Strom durchflossenen Spulensätzen erzeugen: In der deutschen Patentschrift 689 991 ist eine Kathodenstrahlröhre beschrieben, in der zur Beseitigung des Nullpunktfehlers geteilte Ablenkplatten angeordnet sind. Diese geteilten Ablenkplatten sind derart miteinander verbunden, daß eine Parallel-Verschiebung des Elektronenstrahles in jedem Ablenkplattenpaar stattfindet. Es handelt sich hier also nicht um eine zusätzliche Vorablenkung, und deshalb ist auch keine Kopplung mit einem Hauptablenkplattensatz möglich.

Wie oben erwähnt, müssen die die Verschiebung des Elektronenstrahles herbeiführenden Organe mit den Ablenkorganen gekoppelt sein. Diese Kopplung wird im allgemeinen nicht eine direkte galvanische Verbindung sein, sondern ein Netzwerk enthalten, welches die gewünschte Beziehung zwischen der Ablenkspannung bzw. -strom und der Spannung bzw. Strom der Organe für die Verschiebung des Elektronenstrahles bewirkt. Ein solches Netzwerk kann z. B. Elektronenröhren, Widerstände, Kondensatoren, Transistoren und andere Elemente enthalten.

Wenn das elektrostatische Feld zwischen der Auffangelektrode und der für Elektronen durchlässigen Elektrode mittels eines Spannungsunterschiedes erzeugt wird, wobei die Auffangelektrode ein positives Potential gegenüber der anderen Elektrode hat, muß die Verschiebung des Elektronenstrahles vor dem Eintreten in das Ablenkungsfeld in gleicher Richtung wie die Ablenkung selbst erfolgen. Hat die Auffangelektrode ein negatives Potential gegenüber der vor dieser liegenden Elektrode, so muß die Verschiebung in entgegengesetzter Richtung erfolgen.

Im vorhergehenden wurde immer über ein einziges die Ablenkung herbeiführendes Feld gesprochen. In vielen Elektronenstrahlröhren, z. B. denjenigen für Fernsehzwecke, befinden sich hintereinander zwei Ablenkfelder zur Ablenkung des Elektronenstrahles in zwei verschiedenen Richtungen, in den meisten Fällen senkrecht zueinander. Für die beiden Systeme gilt, was vorstehend über die nichtlineare Beziehung zwischen der Verschiebung des Auftreffpunktes und dem den Ablenkorganen zugeführten Strom bzw. Spannung gesagt wurde. Man kann daher die Korrektionsorgane für die beiden Richtungen anbringen. In gewissen Fällen aber genügen Korrektionsorgane für eine Ablenkvorrichtung. Ein solcher Fall liegt unter anderem vor bei einer Vorrichtung zur Wiedergabe von Farbfernsehbildern, bei welcher der Leuchtschirm mit parallelen, in verschiedenen Farben aufleuchtenden Materialstreifen bedeckt ist und die parallel zum Leuchtschirm liegende Elektrode ein Gitter ist, das ausschließlich sich parallel zu den Leuchtstreifen erstreckende Drähte enthält. Bei einer solchen Vorrichtung ist es von größter Bedeutung, daß das Gitter in einer zu den Gitterdrähten senkrechten Richtung völlig gleichförmig auf dem Leuchtschirm abgebildet wird, d. h. daß die Ablenkung senkrecht zu den Gitterdrähten eine sehr genaue lineare Beziehung mit den zugeführten Ablenkspannungen oder -strömen aufweisen muß. Ist diese Abbildung des Gitters nämlich nicht gleichförmig, so wird bei einer regelmäßigen Auf- no einanderfolge der Farblinien auf dem Schirm und bei gleichem Abstand und gleicher Breite dieser Linien bei größeren Ablenkwinkeln nicht die richtige Farblinie getroffen. Diese Anomalie könnte durch Anpassung der Aufeinanderfolge der Farblinien an die nichtlineare J-15 Beziehung beseitigt werden. Es entsteht dann aber ein Schirm, in dessen Mitte gleichfarbige Linien nicht in gleichem Abstand liegen wie gleichfarbige Linien am Schirmrand, was in der Praxis unzulässig ist. Außerdem wird die ohnehin sehr schwere Herstellung eines solchen Schirmes noch verwickelter. Es ist daher viel einfacher, eine Korrektion der Elektronenstrahlrichtung auf elektrischem Wege herbeizuführen.

In einer zu den Farblinien parallelen Richtung ist eine Korrektion nicht mehr erforderlich als bei einem normalen Fernsehsystem, denn bei einer geringen

Nichtlinearität wird keine Farbänderung, sondern höchstens eine Verzeichnung des Bildes auftreten, welche im allgemeinen so klein ist, daß sie für den Zuschauer unauffällig ist. Eine Änderung der Farbe aber macht sich sofort bemerkbar.

Die beschriebene Anordnung wird nunmehr an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Fig. ι ist eine schematische Darstellung einer Elektronenstrahlröhre mit einer Auffangelektrode und ίο einem vor dieser angebrachten Gitter ohne die Korrektionsorgane nach der Erfindung und dient zur Erklärung der Ablenkerscheinungen vor der Auffangelektrode;

Fig. 2 zeigt in vergrößertem Maßstab ein Detail der Röhre nach Fig. 1;

Fig. 3 zeigt schematisch ein Elektrodensystem, mittels dessen eine Verschiebung des Elektronenstrahles herbeigeführt werden kann;

Fig. 4 zeigt schematisch eine Elektronenstrahlröhre, bei der sowohl die Ablenkung als auch die Verschiebung des Elektronenstrahles auf elektromagnetische Weise herbeigeführt werden, und

Fig. 5 zeigt schematisch einen Teil einer Elektronenstrahlröhre zur Wiedergabe von Farbfernsehbildern. In Fig. ι ist mit 1 eine Elektronenstrahlröhre bezeichnet, welche ein Elektrodensystem mit einer Kathode 2 und einer Beschleunigungselektrode 3 als auch ein aus den Platten 4 und 5 bestehendes Ablenksystem enthält. Am Ende des konischen Teiles ist die flache leitende Auffangelektrode 6 angeordnet. Vor der Elektrode 6 und parallel zu dieser liegt ein Gitter 7. Zwischen die Elektroden 7 und 6 wird ein von der Spannungsquelle 8 herrührender Spannungsunterschied angelegt, wobei die Elektrode 6 ein positives Potential gegenüber der Elektrode 7 hat. Vom Elektrodensystem 2, 3 wird ein Elektronenstrahl 9 erzeugt, der vom Ablenksystem 4, 5 in der mit 10 angedeuteten Richtung abgelenkt wird. Beim Durchgang durch das Gitter 7 tritt der Elektronenstrahl 10 in das Feld zwischen den Elektroden 6 und 7, dessen Kraftlinien im wesentlichen parallel zur Röhrenachse gerichtet sind. Der Winkel zwischen dem Elektronenstrahl 10 und den Kraftlinien ist mit « angedeutet. Aus Fig. 2 ist dies deutlicher ersichtlich, da in dieser Figur ein Teil des Elektrodensystems 6, 7 in vergrößertem Maßstab dargestellt ist. Da der Elektronenstrahl 10 die Kraftlinien 11 unter einem Winkel <x schneidet, entsteht eine Ablenkung, so daß der Elektronenstrahl die gekrümmte Bahn 12 durchläuft und bei 13 auf die Auffangelektrode 6 auftrifft. Wenn das elektrostatische Feld zwischen 6 und 7 nicht vorhanden wäre, so würde der Strahl auf die Elektrode 6 bei 14 auftreffen. Es ist daher eine Verschiebung des Auftreffpunktes von 14 nach 13 eingetreten. Die Verschiebung des Auftreffpunktes ist von dem Winkel α und daher von der Ablenkspannung abhängig. Ist die Ablenkspannung gering und trifft der Strahl daher etwa in der Mitte auf die Elektrode 6, so ist die Abweichung des Auftreffpunktes, je Einheit der Verschiebung des Auftreffpunktes infolge der Ablenkspannung allein, geringer als bei einem größeren Ablenkwinkel, bei dem der Strahl mehr in Richtung des Schirmrandes liegende Teile trifft.

Es ist einleuchtend, daß zum Erreichen der Stelle 14 in Fig. 2 der Elektronenstrahl mit gleicher Ablenkspannung das Feld zwischen den Elektroden 6 und 7 an einer weiter von der Röhrenachse liegenden Stelle eintreten muß.

In den Fig. 1 und 2 ist das Potential der Elektrode 6 höher als das der Elektrode 7, so daß der Elektronenstrahl 10 in Richtung der Kraftlinien abgebogen wird und die Elektronen die gekrümmte Bahn 12 beschreiben. Ist das Potential der Elektrode 6 niedriger als das des Gitters 7, so tritt eine von den Kraftlinien weggerichtete Ablenkung ein.

Fig. 3 zeigt schematisch ein Ablenksystem, bei dem vor den Ablenkelektroden 15 und 16 ein zusätzliches Elektrodensystem angeordnet ist, mittels dessen eine Verschiebung des Elektronenstrahles parallel zu sich selbst und in der Ebene der von den Elektroden 15 und 16 herbeigeführten Ablenkung erhalten wird. Dieses Elektrodensystem besteht aus zwei hintereinander angeordneten Ablenkelektrodenpaaren 17, 18, ig, 20, wobei die Elektroden 17 und 20 bzw. 18 und 19 kreuzweise direkt galvanisch miteinander verbunden sind. Bei Abwesenheit dieses Elektrodensystems würde der Elektronenstrahl der Bahn 21 folgen und von der Spannung zwischen den Elektroden 15 und 16 in der Richtung 22 abgelenkt werden. Infolge der kreuzweisen Verbindung der Elektroden 17 und 20 bzw. 18 und 19 wird bei der Zuführung von Spannung zu diesen Elektrodengruppen zwischen den Elektroden 17 und 19 eine Ablenkung des Elektronenstrahles herbeigeführt, die wieder vom Elektrodensystem 18-20 ausgeglichen wird, das eine gleiche Ablenkung, jedoch in entgegengesetztem Sinne, bewirkt. Die Richtung des Elektronenstrahles beim Austreten aus dem System 18-20 ist dann zwar parallel zur Richtung des ursprünglichen Strahles, liegt aber nicht mehr in der Achse, sondern an der Stelle 23. Der Strahl 23 tritt sodann in das Ablenksystem 15-16 ein. Bei Zuführung einer gleichen Spannung zu diesem System, die eine Ablenkung eines Strahles in der Achse in der Richtung 22 herbeiführt, wird der Strahl 23 in der zu der Richtung 22 parallelen Richtung 24 abgelenkt. Durch Zuführung der riehtigen Spannung zu den Korrektionsorganen 17, 18, 19, 20 kann bewirkt werden, daß der Abstand zwischen den Richtungen 22 und 24 gerade so groß ist, daß der Punkt der Auffangelektrode getroffen wird, der auch von einem Strahl in der Richtung 22 getroffen werden würde, wenn das elektrostatische Feld zwischen der Auffangelektrode und der vor dieser angeordneten Elektrode nicht vorhanden wäre.

In Fig. 4 ist eine Vorrichtung nach der Erfindung dargestellt, bei der die Ablenkung mittels schematisch dargestellter Spulensätze 25 und 26 herbeigeführt wird. An der Kathodenseite des Spulensatzes 25 sind zwei kleine Spulensätze 29 und 30 angeordnet, die derart aufgebaut und geschaltet sind, daß eine Korrektion der vom Spulensatz 25 herbeigeführten Ablenkung erzielt wird.

In Fig. 5 ist eine zur Wiedergabe von Farbfernsehbildern geeignete Elektronenstrahlröhre dargestellt. Das Elektrodensystem dieser Röhre enthält einen Schirm 31, der mit Leuchtmaterialstreifen 32 bedeckt ist, die bei Elektronenaufprall in verschiedenen Farben

aufleuchten. Vor der Elektrode 31 ist ein aus parallelen Gitterdrähten 34 bestehendes Gitter 33 angeordnet. Zum Abtasten des ganzen Schirmes 31 ist es erforderlich, daß der Elektronenstrahl 35 in einer zu den Gitterdrähten 34 parallelen und in einer darauf senkrechten Richtung abgelenkt wird. Dazu dienen die Spulensätze 36 und 37. Besonders in der Richtung senkrecht zu den Gitterdrähten ist es von größter Bedeutung, daß die Treffpunktstellen des Elektronen-Strahles 35 auf der Elektrode 31 von der Ablenkspannung linear abhängig sind, d. h. daß die Abbildung des Gitters am Leuchtschirm 31 in einer zu den Abbildungen der Gitterdrähte senkrechten Richtung dem Gitter selbst gleichförmig ist. Zu diesem Zweck sind die Korrektionsspulensätze 38 und 39 vorgesehen. In der zu den Gitterdrähten 34 parallelen Richtung ist eine gleichförmige Abbildung, wie oben bereits erklärt, nicht so wichtig. Das in Fig. 5 dargestellte System wird daher in den meisten Fällen genügen. Wird aber auch eine Korrektion der Ablenkung parallel zur Richtung der Gitterdrähte gewünscht, so können zwei weitere Spulensätze zur Verschiebung des Elektronenstrahles parallel zur Richtung der Gitterdrähte vorgesehen werden.

Naturgemäß lassen sich elektromagnetische Ablenkmittel und elektrostatische Organe für die Verschiebung des Elektronenstrahles oder, umgekehrt, auch elektrostatische Organe für die Ablenkung und elektromagnetische Organe für die Verschiebung kombinieren. Wie bereits erwähnt, kann ein Gitter vor der Auffangelektrode auch zur Durchführung einer sogenannten Nachbeschleunigung verwendet werden. In manchen Fällen verwendet man aber für die Nachbeschleunigung nicht ein Gitter, sondern eine oder mehrere ringförmige Elektroden, die meist auf der Röhrenwand angebracht sind. Auch bei einem solchen System ist es möglich, die Verschiebung des Auftreffpunktes des Elektronenstrahles auf der Auffangelektrode mittels eine Verschiebung des Elektronen-Strahles herbeiführender Korrektionsorgane zu korrigieren.

Die beschriebene Anordnung ist auch bei solchen

Röhren zu verwenden, bei denen die Auffangelektrode und die vor dieser angeordnete, für Elektronen durchlässige Elektrode schräg gegenüber der Achse des zur Erzeugung und Ablenkung des Elektronenstrahles dienenden Elektrodensystems angeordnet sind. Auch ist z. B. bei einem nichtleitenden Leuchtschirm eine leitende Elektrode vor oder hinter dem Schirm verwendbar, an die die erforderliche Spannung anstatt an den Schirm selbst angelegt wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Elektronenstrahlröhre mit einer Kathode, einer Beschleunigungselektrode, einer nahezu flachen Auffangelektrode, einer vor und parallel zu dieser angeordneten und für Elektronen durchlässigen Elektrode, wobei sich zwischen den letzteren Elektroden ein elektrostatisches Feld ausbildet, und Vorrichtungen zur Ablenkung des Elektronenstrahles sowie vor den Hauptablenkorganen angeordneten zusätzlichen Ablenkorganen, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Ablenkzone zwei gleich große, in entgegengesetzter Richtung wirkende Ablenkfelder vorgesehen sind, die Ablenkungen des Elektronenstrahles parallel zu sich selbst und in der Ablenkebene hervorrufen, und daß die zusätzlichen Ablenkorgane derart mit den Hauptablenkorganen gekoppelt sind, daß sie der vom Feld zwischen der Auffangelektrode und der vor dieser hegenden, für Elektronen durchlässigen Elektrode herbeigeführten Ablenkung des Elektronenstrahles entgegenwirken.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Elektronen durchlässige Elektrode gitterförmig ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die für Elektronen durchlässige Elektrode aus einer dünnen Metallhaut besteht.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Verschiebung des Elektronenstrahles herbeiführenden Organe aus zwei in der Strahlrichtung hintereinander angeordneten Ablenkelektrodenpaaren bestehen, die kreuzweise direkt galvanisch miteinander verbunden sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Verschiebung des Elektronenstrahles herbeiführenden Organe aus zwei Spulensätzen bestehen, die in entgegengesetztem go Sinne von Strom durchflossen sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 zur Wiedergabe von Farbfernsehbildern, dadurch gekennzeichnet, daß die für Elektronen durchlässige Elektrode ein Gitter mit ausschließlich parallelen Drähten und die Auffangelektrode ein Schirm ist, der mit in verschiedenen Farben aufleuchtenden Leuchtmaterialstreifen bedeckt ist, die sich parallel zu den Gitterdrähten erstrecken, und die Verschiebung des Elektronenstrahles in einer zur Richtung der Gitterdrähte senkrechten Richtung derart erfolgt, daß die Abbildung des Gitters an der Auffangelektrode in dieser Richtung dem Gitter gleichförmig ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 579 207, 689 991; deutsche Patentanmeldung S 17145 VIII a/21 a¹ (bekanntgemacht am 21. 2.1952);
britische Patentschrift Nr. 628745; USA.-Patentschrift Nr. 2 129 033; Ardenne: »Die Kathodenstrahlröhre«, 1933, S. 37.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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