FI71853B - Foerfarande foer foerkortande av uppvaermningstiden av en indirekt upphettad katod - Google Patents

Description

1 71853

Menetelmä epäsuorasti hehkutetun katodin alkuhehkutusajän lyhentämiseksi

Keksintö koskee menetelmää katodisädeputkia, kuten 5 oskillograafi-, televisio- ja väritelevisiokuvaputkia var ten tarkoitetun, epäsuorasti hehkutetun katodin alkuhehku-tusajan lyhentämiseksi, jolloin katodiputkilon pohjalevyn ulkopuolella on elektroneja emittoiva kerros, joka katodi-putkilon sisäpuolelle sijoitetun, suoraan hehkutetun kol-10 minäpäjärjestelmän avulla saatetaan emittoivaksi ja jolloin katodiputkilon pohjalevyn sisäpuoli toimii kolminapajärjes-telmän anodina.

Tavallisesti muodostuu tämä lämpölähde kierukkamai-sesta hehkulangasta, joka on muotoiltu xaksoiskierukaksi 15 tai taivutettu hiusneulan tavoin ja joka on päällystetty pääasiallisesti alumiinoksidista muodostetulla eristeker-roksella ja työnnetty sitten katodiputkeen. Likimain mustan säteilijän ominaisuuksien saamiseksi tällaiseen kuumenti-meen, on eristävään alumiinioksidiin lisätty raskasmetal-20 liosista, jotka antavat eristemassalle halutut säteilyominaisuudet ja tumman värin. Esimerkkejä on esitetty DE-kuu-lutusjulkaisuissa 2 317 445, 2 317 446 ja 2 364 403. Tällä tavalla muodostettujen kuumentimien avulla voitiin lyhentää huomattavasti niillä varustettujen katodisadeputkien 25 alkukuumennusaikaa. Alkukuumennusajän lyhentämiseksi edelleen käytetään DE-hakemusjulkaisun 2 654 553 mukaan lämmön-johtolevyä katodiputken sisällä. DE-hakemusjulkaisu 2 938 248 esittää sitten hehkulangan käämityksen ja/tai eristemassan jakamisen katodiputken sisällä epätasaisesti 30 siten, että hehkutuksen painopiste sijoittuu erittäin lähelle katodiputken pohjalevyä, jolloin tapahtuu emissio-kerroksen nopeampi kuumeneminen.

Seuraava lämpölähdelaatu perustuu siihen, että paljaan langan avulla muodostetaan lämpösäteily, joka suunna-35 taan emissiokerroksella päällystetylle pienelle levylle ja aikaansaa siinä emissiokerroksen emittoimisen. Esimerkkejä tästä on esitetty DE-hakemusjulkaisuissa 2 614 270 ja 2 835 489.

2 71853

Molemmat tunnetut lämpölähteiden toteutusmuodot sallivat vain joko alkukuumennusajän rajoitetun lyhentämisen tai niiden vaikutusaste on epätyydyttävä.

Saksalaisesta hakemusjulkaisusta 1 589 941, joka 5 vastaa US-patenttia 3 521 113,tunnetaan katodi, jossa elektroneja emittoivan kerroksen kuumennus tapahtuu elektroni-säteellä. Katodi on sen tähden muodostettu kolminapajärjestelmäksi, joka käsittää hehkulangan, sitä ympäröivän oh-jaussylinterin sekä kannen, jonka päällä on sisäkartiokato-10 di. Kannessa on sisäkartiokatodin alueella reikä, niin että ohjaussylinterin fokusoima hehkulangan elektronisäde kohtaa sisäpuolella sisäkartiokatodin.

Tunnetulla katodilla voidaan saavuttaa erittäin korkeita elektronisäteen tiheyksiä, jolloin tarvitaan noin 15 50 watin kuumennusteho ja noin 9000 voltin kiihdytysjänni te ja ohjaussylinterissä on 4000 voltin positiivinen jännite. Tällöin syntyy sisäkartiokatodiin 2800 Kelvinin käyttölämpötila, minkä takia katodille ehdotetaan vesijäähdy-tystä. Tietoja ei anneta tämän katodin alkuhehkutusajasta.

20 Esillä olevan keksinnön tehtävänä on saada aikaan menetelmä kolminapajärjestelmäisen katodin nopeaa alkuheh-kutusta varten, jota katodia voidaan käyttää televisioisit-teiden katodisädeputkissa. Tämä tehtävä ratkaistaan siten, että laitteen käynnistyksen jälkeen ohjaussylinterin nega-25 tiivistä esijännitettä nostetaan arvosta 0 tai etukäteen annetusta pienestä negatiivisesta arvosta sillä tavoin negatiiviseen loppuarvoonsa, ja samalla kolminapajärjestelmän sädevirtaa pienennetään, että katodiputkilon pohjalevyn ulkopuolella oleva emittoiva kerros saavuttaa halutun käyt-30 tölämpötilan ilman yliheilahdusta. Negatiivisen esijännitteen nousu voidaan yksinkertaisesti saada aikaan siten, että negatiivisen esijännitteen jännitelähteessä on korkea lähdevastus ja että laitetta käynnistettäessä jännitelähteen rinnalle kytkeytyy kondensaattori, josta ohjaussylinte-35 riä varten tarvittava negatiivinen esijännite otetaan.

3 71853

Keksintöä esitellään seuraavassa yksityiskohtaisesti kuvassa esitettyyn esimerkkiin viitaten, jolloin kuvassa on esitetty leikkaus wehnelt-katodista varustettuna katodiputkella, jonka pohjalevylle on sijoitettu emissio-5 kerros ja jonka ympärille on asennettu wehnelt-sylinteri.

Kuvassa on numerolla 1 merkitty wehnelt-sylinteri, joka on kuvassa esittämättömän tukilistan avulla, joka on sulattamalla kiinnitetty koko järjestelmää tukeviin lasi-keramiikkasauvoihin, kiinnitetty paikalleen. Wehnelt-sylin-10 terin 1 sisäpuolella on lasia, lasikeramiikkaa tai keramiikkaa olevan eristerenkaan 2 avulla kiinnitetty tukiputken 3 toinen pää, minkä putken toinen, vapaa pää on liitetty pistemäisesti katodiputkiloon 4, jonka wehnelt-sylinterin pohjaa vastassa oleva pää on suljettu katodinikkelistä val-15 luistetulla katodikupilla 5, jolla sitten on sijoitettu emittoitava kerros 6.

Katodiputkiloon 4 on tähän mennessä työnnetty eriste-kerroksella päällystetty hehkulanka ja sen liitospäät on yhdistetty eristerenkaan 2 avulla kiinnitettyihin tukinas-20 töihin 11. Esillä olevan keksinnön mukaan työnnetään nyt katodiputkiloon 4 koaksiaalisesti ohjaussylinteri 7, jonka sisäpuolelle on sijoitettu eristerenkaassa 9 oleviin liit-timiin (10) hehkulanka 8. Hehkulanka 8, ohjaussylinteri 7 ja katodikupin 5 sisäsivu muodostavat nyt suoraanhehkute-25 tun kolminapajärjestelmän, jolloin ohjaussylinterille 7 ohjauselektrodina hehkulangan 8 suhteen muodostetaan negatiivinen esijännite ja katodikupille 5 anodina hehkulangan 8 suhteen muodostetaan positiivinen anodijännite. Kuten tunnetussa elektroniputkissa kiihtyy hehkulangasta negatiivi-30 sen ohjauselektrodijännitteen suuruudesta riippuvaisena poistuva elektronivirta kohti anodia, osuu siihen ja muuttuu täysin anodihäviötehona lämmöksi, koska tästä järjestelmästä ei tällöin oteta lainkaan hyötytehoa.

Vaikka elektroniputkien toimintapa oletetaan ylei-35 sesti tunnetuksi, viitattakoon tässä esimerkki L. Ratheiser'in kirjaan "Rundfunkröhren" Berlin 1949. Esiteltävä kolmina-parakenne omaa tavanomaisiin triodijärjestelmiin verrattuna 4 71853 seuraavan erikoisuuden. Tämän kolminapajärjestelmän ohjaus-elektrodi ei perustu kuten tavanomaisissa vahvistintrio-diputkijärjestelmissä yhteen tai useampaan lanj^akiskoon kiinnitettyyn lankakierukkaan vaan katodiputken kanssa sa-5 mankeskiseen ohjaussylinteriin 7. Tämän ohjaussylinterin päähän muodostuvan kenttäjakauman vaikutuksesta muodostuu kiihdytyselektronilinssi, joka ohjaa elektronit kapeana sädekimppuna katodikupin 5 muodostaman katodiputkilon 4 pohjalevyn keskelle, siis kohtaan, jota vastassa on tarkas-10 ti wehnelt-sylinterin 1 poraus. Keksinnön mukaisessa wehnelt-katodissa voidaan siten alue, johon emissiossa johdetaan lämpöä, pitää huomattavasti pienempänä kuin tavanomaisissa epäsuorasti hehkutetuissa katodeissa. Jos, kuten tähän mennessä on ollut tavallista, katodiputkiloa 4 varten käytetään 15 mahdollisimman heikosti johtavaa materiaalia, jolloin läm-mönpoisto katodiputkilon 4 kautta voidaan pitää pienenä, voidaan keksinnön mukaisessa rakenteessa toteuttaa lähes ideaalisella tavalla se, että vain katodisädeputken toimintaa varten välttämättä tarvittava emittoitava alue on 20 koko katodirakenteen kuumin kohta. Tällöin voidaan saavuttaa vähäiset lämpöhäviöt ja siten hyvä hyötysuhde.

Hehkulankana 8 voidaan käyttää kaikkia vahvistinput-kitekniikasta tunnettuja hehkulankoja. Esimerkkeinä mainittakoon vain: 25 1. Bariumhöyrystyslanka, jolloin woframioksidilan- galle on höyrystetty tyhjiössä erittäin emissiokykyinen bariumkerros, joka omaa noin 750°C käyttölämpötilassa 70 mA/W olevan hyötyemission.

2. Bariumtahnalanka, jolloin wofrämiä tai nikkeliä 30 tai myös nikkeliseosta olevalle langalle on levitetty ba- riumtahnaa ja aktivoitu tyhjiössä, omaa noin 800°C käyttölämpötilassa noin 50 mA/W olevan hyötyemission.

3. Toriumioitu woframilanka,jolloin wofrämiin on lisätty 1-2 % toriumoksidia, josta muodostuu tyhjiössä 35 yksimolekyylinen, hyvin emissiokykyinen toriumkalvon, jonka höytyemissio noin 1500°C käyttölämpötilassa on noin 25 mA/W.

5 71853

Muita materiaaleja ja aktivointilisäaineita näitä hehkulankoja varten on esitetty ammattikirjallisuudessa, kuten esimerkiksi W. Espe: "Werkstoffkunde der Hochvakuum-technik", Berlin 1959 ja putkivalmistajien muussa kirjal-5 lisuudessa.

Katodiputkilon 4 valmistamista varten ei ole merkitystä sillä, onko wehnelt-sylinteriä 1 vastassa oleva pää suljettu katodinikkeliä olevalla katodikupilla 5, kuten kuvassa on esitetty vai onko tähän kohtaan sijoitettu katodi-10 nikkeliä oleva pohja, kuten patenttijulkaisun DE-AS 2 813 504 kuvasta ilmenee vai ovatko DE-hakemusjulkaisun 2 654 554 mukaisesti katodiputkilo 4 ja katodikuppi 5 valmistettu yhtenä osana metalliseoksesta, joka toisaalta ei vaikuta haitallisesti emissiomassaan ja jonka lämmönjohto toisaalta on 15 riittävän huono lämpöhäviöiden pitämiseksi pieninä.

Koe- ja tutkimustarkoituksiin valmistetuissa malli-väriputkissa oli jokaisen järjestelmän hehkujännite noin 2 volttia ja hehkuvirta keskimäärin 100 mA. Anodijännite VA oli noin 800 volttia ja anodivirta keskimäärin 0,75 mA.

20 Ohjaussylinterin esijännite V„ oli välillä 0—100 V säädet-tävissä hehkulangan keskikohdan suhteen. Wehnelt-katodin -3 hehkuttamista varten vaadittiin siten 800 V x 0,75*10 A=0,6 wattia anodihäviötehoa ja lisäksi 2Vx0,lA=0,2 wattia hehkulangan 8 syöttötehoa, siis kaikkiaan noin 0,8 wattia 25 järjestelmää kohti. Nykyiset värikuvaputket vaativat 6,3 voltin hehkujännitteellä noin 250 mA suuruisen hehkutusvir-ran, siis noin 1,6 wattia hehkutustehoa järjestelmää kohti, eli noin kaksinkertaisen määrän. Tällöin saadaan käytettäessä televisiovastaanottimissa tavanomaista virransyöttöä 30 vaakapoikkeutuskelan kautta siihen liittyvin alkuvärähte-lyhidastuksin jne. keksinnön mukaisella wehnelt-katodilla varustetulle kuvaputkelle 1,5-2,5 sekunttia oleva alkuheh-kutusaika käynnistämisen jälkeen.

Tätä aikaa voidaan lyhentää, jos ohjaussylinterin 7 35 jännitesyöttö järjestetään siten, että laitteen käynnistämisen jälkeen negatiivinen esijännite nousee arvosta 0 tar- 6 71853 vittavaan negatiiviseen loppuarvoon esimerkiksi 1 sekunnin aikana. Tämä voidaan toteuttaa ohjaussylinterin jännitelähteen kanssa rinnan kytketyn kondensaattorin avulla, joka sen verrattain suuren lähdevastuksen vuoksi latautuu aluk-5 si verrattain hitaasti niin, että tällöin kolmenapajärjestelmän sädevirta vastaavasti muuttuu hitaasti korkeahkoista arvoista käyttöarvoon. Valistemalla sopivasti aikavakiot voidaan aikaansaada se, että käynnistettäessä emissiopin-nan lämpötila saavuttaa kiihtyen ilman yliheilahdusta halu-10 tun arvonsa. Täten voidaan alkuhehkutusaikaa lyhentää edelleen noin 1 sekuntiin.

Tiivistettynä voidaan sanoa, että keksinnön mukaisen wehnelt-katodin avulla voidaan alkuhehkutusaikaa lyhentää noin puolesta neljännesosaan nykyisin käytettyihin ai-15 koihin verrattuna ja samanaikaisesti voidaan hehkuteho alentaa noin puoleen. Koska vähentyneen hehkutehon vuoksi järjestelmän lämpökuormistus pienenee huomattavasti, pienenevät myös merkittävästi lämmön vaikutuksesta aiheutuvat konvergenssivaikeudet.

Claims (2)

7 71853

1. Menetelmä katodisädeputkia, kuten oskillograafi-, televisio- ja väritelevisiokuvaputkia varten tarkoitetun, 5 epäsuorasti hehkutetun katodin alkuhehkutusajan lyhentämiseksi, jolloin katodiputkilon (4) pohjalevyn (5) ulkopuolella on elektroneja emittoiva kerros (6), joka katodiputkilon sisäpuolelle sijoitetun, suoraan hehkutetun kolminapajärjes-telmän (5,7,8) avulla saatetaan emittoivaksi ja jolloin ka-10 todiputkilon (4) pohjalevyn (5) sisäpuoli toimii kolminapajär jestelmän anodina, tunnettu siitä, että laitteen käynnistyksen jälkeen ohjaussylinterin (7) negatiivista esi-jännitettä (-VG) nostetaan arvosta 0 tai etukäteen annetusta pienestä negatiivisesta arvosta sillä tavoin negatiiviseen 15 loppuarvoonsa, ja samalla kolminapajärjestelmän (5,7,8) sädevirtaa pienennetään, että katodiputkilon (4) pohjalevyn (5) ulkopuolella oleva emittoiva kerros (6) saavuttaa halutun käyttölämpötilan ilman yliheilahdusta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n -20 n e t t u siitä, että negatiivisen esijännitteen (-V.J jän- nitelähteessä on korkea lähdevastus ja että laitetta käynnistettäessä jännitelähteen rinnalle kytkeytyy kondensaattori, josta ohjaussylinteriä varten tarvittava negatiivinen esijännite otetaan.