SU947930A1

SU947930A1 - Cathode-ray tube

Info

Publication number: SU947930A1
Application number: SU782615402A
Authority: SU
Inventors: Владимир Иннокентьевич Переводчиков; Павел Иванович Акимов; Давид Абрамович Скибитянский; Валентина Николаевна Шапенко; Александр Львович Шапиро; Лев Владимирович Логинов; Аркадий Николаевич Яковлев; Виталий Михайлович Космачевский
Original assignee: Предприятие П/Я Р-6517
Priority date: 1978-05-29
Filing date: 1978-05-29
Publication date: 1982-07-30

Description

'Изобретение относится к электронике, в частности к электроннолучевым вентилям и коммутаторам, и предназначено для использования в мощных преобразовательных.: схемах.'' The invention relates to electronics, in particular to electron beam valves and switches, and is intended for use in powerful converting .: circuits.

Известны электроннолучевые высоковакуумные приборы, которые имеют катод,анод, выполненный в виде цилиндра Фарадея, и расположенный между’ ними дополнительный электрод с более высоким чем на аноде потенциалом Г1 ] .Electron-beam high-vacuum devices are known which have a cathode, an anode made in the form of a Faraday cup, and an additional electrode with a potential G1 higher than that on the anode located between them.

Такой прибор формирует поток электронов в виде луча и имеет ограниченную эмиссионную поверхность катода, что не позволяет наращивать мощность до величин, диктуемых преобразовательной техникой.Such a device generates a stream of electrons in the form of a beam and has a limited emission surface of the cathode, which does not allow to increase the power to values dictated by the conversion technique.

Известны также электроннолучевые трубки, содержащие катод, фокусирующую систему, ускоряющий электрод и полый коллектор. Фокусирующая система прибора состоит из двух цилиндрических электродов, один из которых окружает катодный эмиттер, а второй установлен на входе в полый коллектор. Ускоряющий электрод круглого поперечного сечения с диаметром меньшим·, чем катод, характеризуется отношением собственного диаметра к длине прохода для луча, меньшим единицы (2].Also known are cathode ray tubes containing a cathode, a focusing system, an accelerating electrode, and a hollow collector. The device’s focusing system consists of two cylindrical electrodes, one of which surrounds the cathode emitter, and the second is installed at the entrance to the hollow collector. The accelerating electrode of circular cross section with a diameter smaller than the cathode is characterized by the ratio of the intrinsic diameter to the passage length for the beam, which is less than unity (2].

Электронно-омические свойства прибора в воне ускорения и торможения пучка таковы, что характерные расстояния между катодом и уско+ ряющим электродом, а также между ускоряющим электродом и полым коллектором (анодом) равны между собой, что ограничивает высоковольтность прибора и его КПД, а следовательно, и его мощность.The electron-ohmic properties of the device in terms of beam acceleration and deceleration are such that the characteristic distances between the cathode and the accelerating electrode, as well as between the accelerating electrode and the hollow collector (anode) are equal to each other, which limits the high voltage of the device and its efficiency, and therefore and its power.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является электронная лампа, содержащая· катод, собранный на цилиндрическом Керне, управляющую и экранную сетку, совмещенные друг с другом, анод, на внутренней поверхности которого размещены камеры, образованные ребрами, расположенными перпендикулярно к поверхности катода, причем управляющей сетка снабжена металлическими элементами, расположенными в местах нормальной проекции каждого ребра анода на управляющую сетку. Расстояние от торцов ребер анодных камер до управляющей сетки примерно равно расстоянию от управляющей сетки до като·; да (3 J.The closest in technical essence to the proposed one is an electronic lamp containing a cathode assembled on a cylindrical core, a control and screen mesh, combined with each other, an anode, on the inner surface of which there are cameras formed by ribs located perpendicular to the surface of the cathode, and the control the grid is equipped with metal elements located in the normal projection of each rib of the anode on the control grid. The distance from the ends of the ribs of the anode chambers to the control grid is approximately equal to the distance from the control grid to kato ·; yes (3 J.

Такие устройства имеют существенное ограничение по максимально допустимому рабочему? напряжению и КПД. Повышение рабочего напряжения путем увеличения расстояния от анода до управляющей сетки и от нее 5 до катода приводит к резкому уменьшению тока в лампе, а следовательно, и мощности.Do such devices have a significant limitation on the maximum allowable working? voltage and efficiency. An increase in the operating voltage by increasing the distance from the anode to the control grid and from it 5 to the cathode leads to a sharp decrease in the current in the lamp, and hence the power.

Целью изобретения является увеличение мощности, высоковольтности 10 в КПД лампы.The aim of the invention is to increase the power, high voltage 10 in the efficiency of the lamp.

Поставленная цель достигается тем, что в электроннолучевой лампе, содержащей катодный узел, выполненный из лент, размещенных на цилинд- 15 рическом керне, и многокамерный цилиндрический анод, каждая камера которого расположена против эмиттирующих частей катода, образующие коаксиальную систему, дополнительный ™ электрод, выполненный в виде стерж- ^Zней, ленты катодного узла расположены по образующим керна и установлены в трубках, электрически соеди-. ненных с катодом, при этом геометрические параметры в лампе удовлетво- ³ряют соотношениям:This goal is achieved by the fact that in an electron beam lamp containing a cathode assembly made of tapes placed on a cylindrical core and a multi-chamber cylindrical anode, each chamber of which is opposite the emitting parts of the cathode, forming a coaxial system, an additional ™ electrode made in in the form of a ^Z- rod, cathode assembly tapes are arranged along core generators and are installed in tubes electrically connected. connected with the cathode, while the geometric parameters in the lamp satisfy the relations ³ :

= У (1); (1); Mb , (3) где о - ширина ленточного катода;= Y (1); (1); Mb, (3) where o is the width of the tape cathode;

Ь - ширина камеры анода на входе электронного пучка, с - расстояние между управляющим электродом и катодом;B is the width of the anode chamber at the input of the electron beam, c is the distance between the control electrode and the cathode;

d - расстояние между управляю- 35 щим электродом и анодом, е - глубина камеры анода в радиальном направлении.d is the distance between the control electrode and the anode, e is the depth of the anode chamber in the radial direction.

Дополнительно в лампу вводится защитный электрод, выполненный в. 40 виде стержней, расположенных между анодом и управляющим электродом параллельно его стержням.Additionally, a protective electrode made in. 40 as rods located between the anode and the control electrode parallel to its rods.

На фиг.1 дана электронно-оптическая система лампы; на фиг.2 - лампа, 45 общий вид; на фиг.З - модуль лампы.Figure 1 is given an electron-optical lamp system; figure 2 - lamp, 45 General view; in Fig.Z - lamp module.

Электроннолучевая лампа содержит радиально расположенные модули 1, включающие в себя ленточные катоды 2, расположенные по образующим цилиндрической поверхности. Каждый катод.2 'установлен в трубке 3 с сегментным вырезом вдоль образующей, при этом продольные торцовые поверхнос-ти среза трубок образуют прикатод-„ ный фокусирующий электрод. Управляющие электроды 4 выполнены в виде стержней, параллельных оси симметрии лампы. Каждому катоду 2 соответствуют два стержня управляющего электрода 4. В непосредственной близости от управляющего электрода 4 установлен защитный электрод 5, выполненный в виде цилиндра с. окнами, соответствующими каждому модулю лампы. Зходные щели в камеры 6 анода обра- 65 зованы перегородками 7 в виде сплющенных трубок, установленных за защитным электродом 5. Каждая перегородка 7 является общей для двух соседних анодных камер 6. Внутренняя цилиндрическая поверхность анода 8 образует дно отдельных камер б, являясь вакуумной оболочкой лампы, охлаждаемой хладагентом. Для улучшения теплоотвода от управляющего электрода 4 и перегородок 7 анодных камер 6 их изготавливают полыми и охлаждают циркулирующей жидкостью.The electron beam lamp contains radially located modules 1, including tape cathodes 2 located along the generatrices of the cylindrical surface. Each cathode 2 'is installed in a tube 3 with a segment cut along the generatrix, while the longitudinal end surfaces of the cut of the tubes form a near-cathode focusing electrode. The control electrodes 4 are made in the form of rods parallel to the axis of symmetry of the lamp. Each cathode 2 corresponds to two rods of the control electrode 4. In the immediate vicinity of the control electrode 4 is installed a protective electrode 5, made in the form of a cylinder with. windows corresponding to each lamp module. Entrance slots in the chambers 6 of the anode are formed by baffles 7 in the form of flattened tubes installed behind the protective electrode 5. Each baffle 7 is common to two adjacent anode chambers 6. The inner cylindrical surface of the anode 8 forms the bottom of the individual chambers b, being the vacuum shell of the lamp cooled by refrigerant. To improve heat removal from the control electrode 4 and the partitions 7 of the anode chambers 6, they are made hollow and cooled by a circulating liquid.

Общий вид прибора .соответствует варианту исполнения с числом модулей, равным 18. Изоляция анода осуществляется с помощью составного изолятора 9. На фланце 10 устанавливают изолятор 11 для ввода питания накала в лампу. Управляющий электрод 4 подключается через вывод 12. Теплоносителем в системе 13 охлаждения многокамерного анода является вода.The general view of the device. Corresponds to an embodiment with the number of modules equal to 18. The anode is insulated using a composite insulator 9. An insulator 11 is installed on the flange 10 for supplying heat to the lamp. The control electrode 4 is connected through terminal 12. The coolant in the cooling system 13 of the multi-chamber anode is water.

Лампа работает ‘следующим образом.The lamp works ‘as follows.

От специального источника задается необходимый для отбора тока потенциал управляющего электрода 4. В каждом модуле 1 формируется ленточный электронный поток, который позволяет значительно увеличить пропускаемый через лампу ток, так как предельный устойчивый ток ленточного пучка растет с увеличением ширины пучка (,в предлагаемой лампедлины ленточного катода, которая может быть достаточно большой). Таким образом, при выбранной величине ускоряющего, напряжения путем увеличения суммарной длины ленточных катодов можно получить высокие плотности тока в единицн объема лампы. Пройдя управляющий электрод 4, электроны движутся в тормозящем поле анода, имеющем потенциал, промежуточный между катодом 2 и потенциалом управляющего электрода 4. Потенциал анода 8 выбирается предельно близким к катодному, но такой величины, чтобы не происходило отражение электронного потока. Управление током, протекающим через лампу, осуществляется за счет изменения потенциала .на управляющем электроде 4. Расстояние между соседними стержнями управляющего электрода 4, выполненного в виде беличьей клетки, выбирается таким образом, чтобы исключить их бомбардировку первичными электронами. Длина участка торможения электронов пучка определяет уровень рабочего напряжения и, соответственно, электрическую прочность промежутка между управляющим электродом 4 и анодом 8. Ширина каждого секционированного электронного потока в тормозящем поле по мере приближения к аноду увеличивается, причем предлагаемое соотношение геометрических параметров системы„ускорения и торможения обеспечивает полное прохождение электронного пучка в. соот5 ветствующую камеру анода.The potential of the control electrode 4, necessary for current extraction, is set from a special source. In each module 1, a tape electron stream is formed, which allows a significant increase in the current transmitted through the lamp, since the maximum steady current of the tape beam increases with increasing beam width (, in the proposed lamp, the length of the tape cathode which may be large enough). Thus, with the chosen value of the accelerating voltage, by increasing the total length of the tape cathodes, high current densities in a unit volume of the lamp can be obtained. After passing the control electrode 4, the electrons move in the braking field of the anode, which has a potential intermediate between the cathode 2 and the potential of the control electrode 4. The potential of the anode 8 is selected extremely close to the cathode, but of such a magnitude that the electron beam does not reflect. The current flowing through the lamp is controlled by changing the potential. On the control electrode 4. The distance between adjacent rods of the control electrode 4, made in the form of a squirrel cage, is selected so as to exclude their bombardment by primary electrons. The length of the deceleration section of the beam electrons determines the level of the operating voltage and, accordingly, the electric strength of the gap between the control electrode 4 and the anode 8. The width of each sectioned electron beam in the braking field increases as it approaches the anode, and the proposed ratio of the geometric parameters of the acceleration and deceleration system provides complete passage of the electron beam c. 5 corresponding chamber of the anode.

Условие (1) соответствует режиму с предельным устойчивым током ленточного электронного пучка. Неравенство (2) характеризует высоковольтность Ю лампы, допустимую величину внешнего приложенного к аноду напряжения и КПД. Неравенство (3) совместно, с уравнением (1) характеризует геометрию лампы в режиме, когда практически весь электронный поток попадает на дно анодной камеры, что приводит к уменьшению вторичной эмиссии от системы аксиальных анодных перегородок 7. ₂₀ Condition (1) corresponds to the regime with the limiting stable current of the tape electron beam. Inequality (2) characterizes the high voltage U of the lamp, the permissible value of the external voltage and efficiency applied to the anode. Inequality (3) together with equation (1) characterizes the geometry of the lamp in the mode when almost the entire electron flux falls to the bottom of the anode chamber, which leads to a decrease in secondary emission from the system of axial anode partitions 7. ₂₀

Для уменьшения тока, идущего на управляющий электрод 4 в режиме, когда потенциал анода меньше потенциала управляющего электрода 4, используется защитный электрод 5, электрически связанный с катодом 2. Перехват'^·’ отраженных от анода электронов’ осуществляется за счет минимума потенциала, возникающего на участке между анодом 8 и управляющим электродом 4,.To reduce the current flowing to the control electrode 4 in the mode when the anode potential is less than the potential of the control electrode 4, a protective electrode 5 is used, which is electrically connected to the cathode 2. The “^ ·” electrons reflected from the anode are intercepted due to the minimum potential arising on the section between the anode 8 and the control electrode 4 ,.

КПД электроннолучевой лампы опреде^О ляется потерями при торможении пучкаThe efficiency of an electron beam lamp is determined by the losses during beam deceleration

гдеЗ^ _эчасть тока пучка, отраженная от анода и попавшая на ускоряющий электрод 4;where 3 ^ _{e is the} part of the beam current reflected from the anode and incident on the accelerating electrode 4;

потенциал ускоряющего электрода 4;potential of accelerating electrode 4;

ток лампы; падение напряжения в лампе в интервале проводимости;lamp current; voltage drop in the lamp in the conduction interval;

U_m<ax - максимальное значение напряжения на аноде в закрытом 45 состоянии лампы.U _{m <ax} - the maximum value of the voltage at the anode in the closed state 45 of the lamp.

Выражение (4) преобразуется к видуExpression (4) is converted to the form

(М(M

Прямыми потерями тока луча на ускоряющем электроде 4 практически можно пренебречь. При заданной величине суммарных потерь торможения пучка В» определяемой структурой электронно- ®0 оптической системы, КПД прибора зависит от величины at , характеризующей отношение напряжения источника питания к-потенциалу ускоряющего электрода 4. С точки зрения электрон- 65 ной оптики коэффициент 36 пропорционален отношению расстояния от управляющего электрода 4 до анода к расстоянию от управляющего электрода 4 до катода 2, т.е. Х.= ~ Очевидно, — j с увеличением отношения -g- будет расти КПД электроннолучевой лампы. Верхняя граница отношения к- £ 10 обусловV лена возрастанием габаритов лампы й усложнением вакуумно-технологичес_кой ббработки узлов.Direct losses of the beam current at the accelerating electrode 4 can almost be neglected. For a given value of the total beam deceleration losses B ”determined by the structure of the electron ® 0 optical system, the efficiency of the device depends on the value at, which characterizes the ratio of the voltage of the power source to the potential of the accelerating electrode 4. From the point of view of electronic optics 65, the coefficient 36 is proportional to the distance ratio from the control electrode 4 to the anode to the distance from the control electrode 4 to the cathode 2, i.e. X. = ~ Obviously, - j with increasing ratio -g- the efficiency of the electron beam lamp will increase. The upper limit of the ratio k - £ 10 is due to the increase in the dimensions of the lamp and the complication of the vacuum-technological processing of units.

Электроннолучевая лампа обеспечивает коммутацию тока порядка 150 А при напряжении 150 кВ. Максимальное значение напряжения на ускоряющем электроде составляет 5 кВ. Величина отношения в данном случае равнаAn electron beam lamp provides a current switching of about 150 A at a voltage of 150 kV. The maximum voltage value on the accelerating electrode is 5 kV. The ratio in this case is equal to

5, что позволяет увеличить расстояние между управляющим электродом и анодом до 60 мм. Соответственно, электрическая прочность прибора доведена до испытательного уровня в 200 кВ. Выполнение соотношений размеров анодных камер из условий (1) и (2) а также наличие защитного электрода вблизи ускоряющего электрода, позволяют уменьшить часть тока пучка, оседающего в режиме торможения на управляющий электрод, до величины менее чем 0,01 от Величины тока анода. При работё прибора в качестве мощного электроннолучевого коммутатора КПД достигает величины 98-99%.5, which allows to increase the distance between the control electrode and the anode up to 60 mm. Accordingly, the electric strength of the device is brought to a test level of 200 kV. The fulfillment of the aspect ratios of the anode chambers from conditions (1) and (2) as well as the presence of a protective electrode near the accelerating electrode make it possible to reduce a part of the beam current deposited on the control electrode in braking mode to less than 0.01 of the value of the anode current. When the device is operating as a powerful electron beam switch, the efficiency reaches 98-99%.

Claims

Such devices have a significant limitation on the maximum permissible operating voltage: voltage and efficiency. Increasing the operating voltage by increasing the distance from the anode to the control grid and from not to the cathode leads to a sharp decrease in the current in the lamp, and hence in power. The aim of the invention is to increase the power, high-voltage in lamp efficiency. The goal is achieved by the fact that in an electron-beam lamp containing a cathode assembly made of tapes placed on a cylindrical core and a multi-chamber cylindrical anode, each chamber of which is opposite the emitting parts of the cathode, forming a coaxial system, an additional electrode made in the form of rods, the strips of the cathode assembly are located along core-forming cores and are installed in tubes electrically connected to the cathode, while the geometrical parameters in the lamp satisfy the relations: j () -, (but); l where a is the width of the ribbon cathode; L is the width of the anode chamber at the input of the electron beam; c is the distance between the control electrode and the cathode; d is the distance between the control electrode and the anode, e is the depth of the anode chamber in the radial direction. Additionally, a protective electrode, made in, is inserted into the lamp. the form of rods located between the anode and the control electrode parallel to its rods. In Fig. 1, an electron-optical lamp system is given; figure 2 - lamp general view; Fig. 3 shows the lamp module. The electron-beam lamp contains radially arranged modules 1, including ribbon cathodes 2 located on an oblique cylindrical surface. Each cathode 2 is installed in tube 3 with a segmental notch along the generatrix, while the longitudinal end surfaces of the HOSTI tube cut form a flat focusing electrode. Control electrodes 4 are made in the form of rods parallel to the axis of symmetry of the lamp. Each cathode 2 corresponds to two rods of a control electrode 4. In the immediate vicinity of the control electrode 4, a protective electrode 5 is installed, made in the form of a cylinder with windows corresponding to each lamp module. The entrance slots in the chambers & a 6 of the anode are formed by partitions 7 in the form of splice tubes placed behind the protective electrode 5. Each partition 7 is common to two adjacent anode chambers 6. The inner cylindrical surface of the anode 8 forms the bottom of the individual chambers. Vacuum coated with refrigerant cooled lamp. In order to improve the heat removal from the control electrode 4 and the partitions 7 of the anode chambers, they are made hollow and cooled with a circulating fluid. The general view of the device corresponds to the version with the number of modules equal to 18. Insulation of the anode is carried out using composite insulator 9. On the flange 10, an insulator 11 is installed to introduce the power supply of the heat to the lamp. The control electrode 4 is connected via a terminal 12. The coolant in the cooling system 13 of the multi-chamber anode is water. The lamp works as follows. From the special source, the potential of the control electrode 4 necessary for current extraction is set. In each module 1, a band-shaped electron flow is formed, which allows a significant increase in the current transmitted through the lamp, as the maximum stable current of the ribbon beam increases with increasing beam width cathode cathode, which can be quite large). Thus, at a selected magnitude of the accelerating voltage, by increasing the total length of the tape cathodes, it is possible to obtain high current densities per unit volume of the lamp. Passing the control electrode 4, the electrons move in the decelerating field of the anode, which has a potential intermediate between the cathode 2 and the potential of the control electrode 4. The potential of the anode 8 is chosen as close as possible to the cathode, but of such magnitude that the reflection of the electron beam does not occur. The current flowing through the lamp is controlled by varying the potential. On the control electrode 4. The distance between adjacent rods of the control electrode 4, made in the form of a squirrel cage, is chosen in such a way as to prevent them from being bombarded by primary electrons. The length of the electron braking section of the beam determines the level of the operating voltage and, accordingly, the electrical strength of the gap between the control electrode 4 and the anode 8. The width of each sectioned electron flow increases in the decelerating field as it approaches the anode, and the proposed ratio of the geometric parameters of the system acceleration and deceleration ensures the complete passage of the electron beam to the corresponding anode chamber. Condition C) corresponds to a regime with a limiting stable current of a ribbon electron beam. Inequality (2) characterizes the high-voltage of the lamp, the permissible value of the external voltage and efficiency applied to the anode. Inequality (3) together. with equation (1) characterizes the lamp geometry in the mode when almost the entire electron flux falls to the bottom of the anode chamber, which leads to a decrease in the secondary emission from the axial anode partition system 7. To reduce the current going to the control electrode 4 in the mode when the potential of the anode is less than the potential of the control electrode 4, an independent electrode 5 is used, electrically connected to the cathode 2. The electrons reflected from the anode are intercepted by the minimum of the potential arising in the area between the anode 8 and the control electrode 4 .. The efficiency of the electron beam lamp is determined by the losses when the beam is braked and the level of current reflected from the ano ... .., gnn-- W tach-zl where 3 is the part of the beam current reflected from the anode and hitting the accelerating electrode 4; and - potential of the accelerating electron 4; 3j3j - lamp current; uVf is the voltage drop in the lamp in the conduction range; - the maximum value of the voltage on the anode in the closed state of the lamp. Expression (4) is converted to vi ii 3-a / 3t, (s 9 0 The direct losses of the beam current on the accelerating electrode 4 can be practically neglected. For a given total beam deceleration loss B defined by the structure of the electron-optical system, the device efficiency depends from the value of at, characterizing the ratio of the voltage of the power source to the potential of the accelerating electrode 4. From the point of view of electro-optics, the coefficient E b is proportional to the ratio of the distance from control electrode 4 to the anode to the distance from control electrode 4 on cathode 2 , i.e. Obviously, with an increase in the ratio, the efficiency of the electron-beam lamp will increase .The upper limit of the 4-S ratio is due to the increase in the lamp dimensions and the complication of the vacuum-technological processing of the nodes.The electron-beam lamp provides for switching current of about 150 A at a voltage of 150 kV. the value of the voltage on the accelerating electrode is 5 kV. The ratio in this case is 5, which allows increasing the distance between the control electrode and the anode to 60 mm. Accordingly, the electrical strength of the device was brought to the test level of 200 kV. Compliance with the dimensions of the anode chambers of conditions (1) and (.2) and the presence of a protective electrode near the accelerating electrode, allows to reduce the part of the beam current deposited in the braking mode on the control electrode to less than 0.01 of anode current. When the device operates as a powerful electron-beam switch, the efficiency reaches 98-99%. Claims 1. An electron beam lamp comprising a cathode assembly made of tapes placed on a cylindrical core and a multi-chamber cylindrical anode, each chamber of which is located opposite the emitting parts of the cathode, forming a coaxial system, and a control electrode, made in the form of rods, characterized by By the fact that, in order to increase the power, high-voltage and efficiency of the lamp, the strips of the cathode assembly are arranged along core lines and installed in tubes electrically connected to the cathode, while the geometry The proportions in the lamp are made in accordance with the extensions of ac d –s – j, where a is the width of the ribbon cathode; B is the width of the anode chamber at the electron beam input; c is the distance between the control electrode and the cathode; d- is the distance between the control electrode and the anode; 6 - the depth of the anode chamber in the radial direction.

2. Electron-beam lamp according to claim 1, characterized in that a protective electrode is inserted, made in the form of rods located between the anode and controlled by an electrode parallel to its rods.

Sources of information taken into account in the examination

1. Author's certificate of the USSR 367482, cl. H 01J 21/10, 1973.

2. US patent number 3453482, kl.3155, 1969.

3. USSR author's certificate 291607, cl. H 01 J 21/10, 1976 (prototype).