DE1514360C3 - Elektronenkanone für eine Kathodenstrahlröhre - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich, auf eine Elektronenkanone für eine Kathodenstrahlröhre mit einer ebenen, Elektronen emittierenden Kathodenfläche und mehreren, mit aufeinander ausgerichteten öffnungen gleichen Durchmessers versehenen, parallel zueinander und zur Kathodenfläche angeordneten Elektroden, von "denen die zweite gegenüber der ersten einen Abstand hat, der etwa gleich dem Abstand der ersten zur Kathodenfläche ist.

Konventionelle Kathodenstrahlröhren, die z. B. durch »Handbuch für Hochfrequenz- und Elektrotechniker« von C. Rint, II. Band, Berlin 1953, S. 284, und durch die französische Patentschrift 787 744 bekannt sind, arbeiten normalerweise mit einer Elektronenkanone zur Erzeugung und Beschleunigung eines Elektronenstrahls. Bei den Elektronenkanonen dieser Kathodenstrahlröhren wird ein Strahlschnittpunkt bzw. eine Einschnürung des Elektronenstrahls, z. B. mit einer elektromagnetischen Fokussierungswicklung, auf den Schirm der Röhre fokussiert. Mit wachsendem Strahlstrom wächst auch der Öffnungswinkel des Strahls, da die Zahl der Elektronen mit quer zur Strahlrichtung gerichteter Energie, die von der Kathode emittiert werden, wächst. Der Öffnungswinkel des Strahls kann hierbei als der durch den Querschnitt des die,Röhre durchlaufenden und das Feld der Fokussierungswicklung noch nicht erreichenden Elektronenstrahls gebildete Winkel beschrieben werden. Seine Abhängigkeit vom Strahlstrom kann leicht durch Beobachtung eines Leuchtpunktes eines nicht fokussierten Elektronenstrahls auf dem Schirm einer Elektronenstrahlröhre bei Veränderung des Strahlstroms festgestellt werden. Bei großem Strahlstrom ist der Leuchtfleck groß und verkleinert sich in seiner Ausdehnung durch Verminderung des Strahlstroms. In konventionellen Kathodenstrahlröhren ist dieser Effekt unerwünscht, da der Durchmesser des fokussierten Leuchtflecks, der ein Abbild des Strahl-Schnittpunktes ist, auf dem Röhrenschirm wegen der begrenzten Wirkung der Fokussierungswicklung vom Öffnungswinkel des Strahls abhängig sein kann. Um einen scharfen, d. h. gut fokussierten Punkt zu erzielen, ist es notwendig; sicherzustellen, daß die Elektronen mit quer zur Strahlrichtung gerichteter Energie im Strahl an der gleichen Stelle gebündelt werden wie die mit axial gerichteter Energie. Wenn der Öffnungswinkel des Strahls mit großem Strahlstrom wächst, ist es schwer, diese Bedingungen der Fokussierung zu erfüllen, und es ist sogar in einer gut konstruierten Röhre mit einem guten Fokussierungsbauteil möglich, daß der Leuchtfleck seinen Durchmesser bei einer Änderung des Strahlstroms von wenigen μΑ auf 100 μΑ verdoppelt.

Neben den Schwierigkeiten, einen Strahl mit großem öffnungswinkel zu fokussieren, tritt eine weitere Schwierigkeit bei der Berücksichtigung der Ablenkfelder auf. Für strahlengroßen öffnungswinkel ist es schwer, die Homogenität der Ablenkfelder zu gewährleisten, weil der Strahl ein relativ großes Volumen des Ablenkfeldes einnimmt. Daher können Ablenkverzerrungen eines Leuchtfleckes bei großem öffnungswinkel wegen des ungleichmäßigen Ablenkfeldes auftreten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile zu beseitigen und eine Elektronenkanone so auszubilden, daß bei kleinen Abmessungen ein Elektronenstrahl erzeugt werden kann, dessen öffnungswinkel mit steigendem Strahlstrom nicht anwächst, so daß scharfe Elektronenstrahlabbildungen auch mit großen Strahlströmen möglich sind.

Diese Aufgabe ist bei einer Elektronenkanone der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die zweite Elektrode eine Dicke hat, die zwischen dem halben und dem doppelten Durchmesser der öffnungen liegt, daß die übrigen Elektroden eine Dicke haben, die geringer als diejenige der zweiten Elektrode ist, daß der Durchmesser der öffnungen etwa dem doppelten Abstand zwischen

⁶S der Kathodenfläche und der ersten Elektrode entspricht, daß die erste Elektrode ein niedriges positives Potential gegenüber der Kathodenfläche führt, daß die zweite Elektrode als Steuerelektrode mit

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relativ niedrigen positiven oder negativen Potentialen 0,58 mm bildet. Die Elektrode 13 wird auf einem

moduliert wird und daß die weiteren Elektroden als Potential zwischen -30VoIt und +5 Volt gegen-

Anoden auf relativ hohen positiven Potentialen ge- über Kathodenpotential gehalten. Die nächste Elek-

halten werden. trode 14 ist eine erste Anode, die als zweite Be-

Durch eine solche Ausbildung der Elektronen- 5 schleunigungselektrode wirkt; sie wird auf annähernd

kanone mit einer ersten, der Kathode praktisch un- 4- 200 Volt gegenüber Kathodenpotential gehalten,

mittelbar benachbarten Elektrode und einer zweiten Die letzte Elektrode 15 ist eine zweite Anode, die auf

Elektrode der angegebenen Dicke, die in geeigneter einem höheren Potential, z.B. bei etwa +500VoIt,

Weise vorgespannt werden, können die von der Ka- gegenüber Kathodenpotential gehalten werden kann

thode emittierten Elektronen mit einer quer zur io und als dritte Beschleunigungselektrode wirkt. Elek-

Strahlrichtung gerichteten Energieverteilung weit- tronen, die von der durch eine Heizung 11 geheizten

gehend unterdrückt bzw. in ihrem Einfluß auf Rieh- Kathode 10 emittiert werden, werden in einen

tung und Form des Elektronenstrahls unwirksam ge- schmalen Strahl durch die öffnungen 16 beschleunigt

macht werden. und gelangen schließlich auf den Röhrenkörper und

Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeich- 15 erreichen damit das Endpotential. Die Öffnung 16 in

nung dargestellten Ausführungsbeispiels näher er- der zweiten Anode 15 ist auf den Schirm der Röhre

läutert. gerichtet. Die hier nicht gezeigte Wandanode der

Die Elektronenkanone enthält eine ebene, durch Kathodenstrahlröhre kann "entweder eine einzelne eine Heizung 11 geheizte Kathode 10. Die Kathode durch einen einheitlichen leitenden Belag gebildete 10 ist mit ihrer ebenen Oberfläche senkrecht zur 20 Elektrode sein oder aber kann eine spiralenförmige Röhrenachse angeordnet (nicht gezeigt), und vor der Wandanode mit einer Beschleunigungsstrecke aufKathode 10 ist eine Reihe von mit Öffnungen 16 ver- weisen.

sehenen ebenen Elektroden 12,13,14 und 15 ange- Eine solche Elektronenkanone erzielt einen gut bracht. Man wird drei oder möglicherweise vier gebündelten Elektronenstrahl. Es wurde festgestellt, dieser Elektroden vorsehen; die Elektroden bestehen 25 daß man mit Öffnungsdurchmessern in der Größenaus Metall, und jede hat getrennt herausgeführte elek- Ordnung von 0,25 mm Strahlströme von 100 μΑ ertrische Anschlüsse. Jede Elektrode hat eine Öffnung zielen kann. Darüber hinaus hat man beobachtet, 16. Diese öffnungen 16 liegen annähernd in der daß der Öffnungswinkel' des Strahls dieser Kanone Röhrenachse. Ein typischer Durchmesser für eine mit wachsendem Strahlstrom abnimmt, was ein genau Öffnung ist 0,25 mm. Die der Kathode 10 nächste 30 gegenteiliges Verhalten zu den konventionellen Elektrode 12 ist ungefähr in einem Abstand von Röhren bedeutet.

0,12 mm von der Kathode 10 und die nächste Elek- Obwohl dieses Phänomen bis jetzt noch nicht

trode 13 ungefähr 0,12 mm von dieser angebracht. völlig aufgeklärt ist, ist es wahrscheinlich, daß in

Die anderen Elektroden 14 und 15 haben aufein- Anbetracht der Tatsache, daß Elektronen mit quer

anderfolgend Abstände von 0,98 und 3,9 mm. Daher 35 zur Strahlrichtung gerichteter Energie nur im Bereich

sind die Abstände der vier Elektroden 12 bis 15 von zwischen Kathode, erster Beschleunigungselektrode

der Oberfläche der Kathode 10:0,12 mm, 0,25 mm, und Steuer- bzw. Abschirmelektrode erzeugt werden

1,22 mm, 5,15 mm, wodurch sich eine kurze, korn- können, ein Steuern der ersten Beschleunigungselek-

pakte Elektronenkanone ergibt. Die Elektroden wer- trode ins Positive diesen Effekt bewirkt,

den in diesen Abständen durch isolierende Stützen, 40 Die relativ tiefe Bohrung, die durch die öffnung 16

in denen sie befestigt sind, gehalten. in der relativ dicken Platte der Steuer- bzw. Ab-

Im Betrieb wirkt die erste Elektrode 12 als erste schirmelektrode 12 gebildet ist, erzielt einen elek-Beschleunigungselektrode und wird auf einem Poten- trischen Abschirmungseffekt und schützt so die getial von ungefähr +1 Volt gegenüber dem Kathoden- wünschte elektrische Feldverteilung im Kathodenpotential gehalten. Die zweite Elektrode 13 ist die 45 bereich, die die vorteilhafte Ausrichtung und Bünde-Steuer- oder Modulationselektrode. Sie unterscheidet lung des Elektronenstrahls bewirkt, gegenüber den sich von den anderen Elektroden durch eine größere übrigen elektrischen Feldern der Kathodenstrahl-Dicke, so daß die öffnung in ihr eine kurze ab- röhre, die sonst die Feldverteilung im Kathodenschirmende Röhre mit einer Länge von 0,12 bis bereich verzerren würden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Elektronenkanone für eine Kathodenstrahlröhre mit einer ebenen, Elektronen emittierenden Kathodenfläche und mehreren, mit aufeinander ausgerichteten öffnungen gleichen Durchmessers versehenen, parallel zueinander und zur Kathodenfläche angeordneten Elektroden, von denen die zweite gegenüber der ersten einen Abstand hat, der etwa gleich dem Abstand der ersten zur Kathodenfläche ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode (13) eine Dicke hat, die zwischen dem halben und dem doppelten Durchmesser der Öffnungen (16) liegt, daß die übrigen Elektroden (13,14,15) eine Dicke haben, die geringer als diejenige der zweiten Elektrode (13) ist, daß der Durchmesser der Öffnungen (16) etwa dem doppelten Abstand zwischen der Kathodenfläche (10) und der ersten Elektrode (12) entspricht, daß die erste Elektrode (12) ein niedriges positives Potential gegenüber der Kathodenfläche (10) führt, daß die zweite Elektrode (13) als Steuerelektrode mit relativ niedrigen positiven oder negativen Potentialen moduliert wird und daß die weiteren Elektroden (14,15) als Anoden auf relativ hohen positiven Potentialen gehalten werden.

2. Elektronenkanone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Öffnungen (16) etwa 0,25 mm und die Abstände der ersten Elektrode (12) von der Kathodenfläche (10) und der zweiten Elektrode (13) zur ersten Elektrode (12) jeweils etwa 0,125 mm betragen.

3. Elektronenkanone nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dritte und vierte Elektroden (14,15) von der Kathodenfläche (10) aus gesehen hinter den ersten beiden Elektroden (12,13) angeordnet sind und daß die dritte Elektrode (14) etwa 1 mm Abstand zur zweiten Elektrode (13) und die vierte Elektrode (15) etwa 3,9 mm Abstand zur dritten Elektrode (14) aufweisen. .

4. Elektronenkanone nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (12) ein positives Potential von etwa ■ 1 Volt, die zweite Elektrode (13) Potentiale zwischen —30 Volt und +5 Volt, die dritte Elektrode (14) ein positives Potential von etwa + 200 Volt und die vierte Elektrode (15) ein positives Potential von etwa 500 Volt gegenüber dem Kathodenpotential führen.