PL130393B1 - Electron gun - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest wyrzutnia elektro¬ nowa zawierajaca podluzne wsporniki z materialu izolacyjnego oraz zamontowane kolejno na tych wspornikach elementy skladowe wyrzutni takie, jak katody, których powierzchnie czolowe sa po¬ kryte warstwa emitujaca elektrony, siatkowa elek¬ troda sterujaca, siatkowa elektroda ekranujaca, pierwsza elektroda soczewkowa, druga elektroda soczewkowa, trzecia elektroda soczewkowa, tezy- stancyjna struktura soczewkowa usytuowana i ele- g ktrycznie wlaczona miedzy dwoma elektrodami so¬ czewkowymi, skladajaca sie ze stosu ulozonych na przemian elektrod plytkowych z otworami dla przejscia wiazek elektronów emitowanych przez katody i rezystancyjinych bloków dystansowych, 10 który to stos stanowi elektrycznie ciagla struktu¬ re soczewkowa od jednego jego konca do drugie¬ go, oraz przewodniki pradu elektrycznego pola¬ czone z elektrodami soczewkowymi przeznaczony¬ mi do doprowadzania do elektrod soczewkowych 15 napiecia skupiajacego i przyspieszajacego, które to napiecia powoduja przeplyw pradu elektrycznego przez rezystywna strukture soczewkowa. Zgodnie z wynalazkiem rezystywna struktura soczewkowa jest wlaczona miedzy druga a trzecia elektrodami M soczewkowymi i sklada sie z dwóch sekcji, z któ¬ rych pierwsza sekcja zawiera miedzy kazda para kolejnych elektrod plytkowych kilka rezystyw¬ nych bloków dystansowych, a druga sekcja zawie¬ ra fridedzy kazda para kolejnych elektrod plytko- 25 wych mniejsza liczbe rezystywnych bloków dystan¬ sowych. Przy tym wszystkie bloki dystanso¬ we rezystywnej struktury soczewkowej maja jednakowa rezystancje, a pole elektryczne wytwo¬ rzone przeplywajacym przez strukture pradem elek- 30 trycznym na odcinku wyznaczonym przez pierw¬ sza sekcje struktury soczewkowej odznacza sie mniejszym gradientem potencjalu niz pole elek¬ tryczne na odcinku wyznaczonym przez druga sek¬ cje struktury soczewkowej. 35 Kazdy stopien sekcji struktury soczewkowej zawiera dwa rezystywne bloki dystansowe, a kaz¬ dy stopien drugiej sekcji struktury soczewkowej zawiera jeden rezystywny blok dystansowy.Elektroda plytkowa usytuowana miedzy pderw- w sza a druga sekcja rezystywnej struktury soczew¬ kowej jest polaczona przewodnikiem elektrycz¬ nym z pierwsza elektroda soczewkowa.Przedmiot wynalazku w przykladzie wyko¬ nania jest przedstawiony na rysunku, na którym 45 fig. 1 jest widokiem z boku wyrzutni elektrono¬ wej wedlug wynalazku, fig. 2 jest przekrojem wzdluznym wedlug linii 2 — 2 wyrzutni elektro¬ nowej z fig. 1, fig. 3 jest przekrojem wzdluz linii 3 — 3 wyrzutni elektronowej z fig. 1 i przedsta- 59 wia elektrode plytkowa oraz blok rezystywny re¬ zystywnego systemu soczewkowego wyrzutni ele¬ ktronowej z fig. 1, fig. 4 jest powiekszeniem prze¬ kroju struktury soczewkowej wyrzutni elektrono¬ wej z fig. 1, fig. 5 jest widokiem z boku czescio- 55 wego przekroju wyrzutni elektronowej wedlug korzystnego przykladu realizacji wynalazku, fig. 6, 7 i 8 sa schematycznym przedstawieniem zmo¬ dyfikowanych wyrzutni elektronowych z fig. 1 i fig. 2, fig. 9, 10 i 11 sa schematycznym przed- 60 stawieniem zmodyfikowanych wyrzutni elektrono¬ wych z fig. 5.Szczególowy opis korzystnego przykladu reali¬ zacji wynalazku.Niniejszy wynalazek jest przedstawiony w od- 65 niesieniu do trójwiazkowej wyrzutni elektrono-5 130 393 6 wej z wiazkami elektronów usytuowanymi w jed¬ nej plaszczyznie. Jednakze nalezy zaznaczyc, ze wynalazek moze byc zastosowany równiez w wy¬ rzutniach elektronowych innego rodzaju.Jak pokazano na fig. 1 i fig. 2 wyrzutnia ele¬ ktronowa 10 zawiera dwa równolegle szklane wsporniki 12, na których sa zmontowane rózne elementy skladowe wyrzutni elektronowej. Na jednym z konców wsporników szklanych 12 sa zmontowane trzy kolpaczkowe katody 14, majace na swych koncowych sciankach powierzchnie emi¬ tujace elektrony. W pewnej odleglosci w poblizu katod 14 sa zmontowane: siatkowa elektroda ste¬ rujaca 16 (Gl), siatkowa elektroda ekranujaca 18 (G2), pierwsza elektroda soczewkowa 20 (G3), dru¬ ga elektroda soczewkowa 22 (G4) i trzecia elektro¬ da soczewkowa 23 elektrony, których wiazki maja tory lezace w jednej plaszczyznie przechodzace przez odpowied¬ nie otwory w elektrodach.Elektrody siatkowe Gl i G2 maja zasadniczo plaskie elementy metalowe, z których kazdy ma trzy otwory usytuowane w jednej linii, przy czym otwory w jednym plaskim elemencie elektro¬ dy sa usytuowane wspólosiowo wzgledem otwo¬ rów w drugim elemencie plaskim elektrody.Kazda z elektrod G3 i G4 zawiera po dwa za¬ sadniczo prostokatnie uksztaltowane elementy kolpaczkowe polaczone swobodnymi koncami. Na kazdej z powierzchni czolowych czesci kolpaczko- wych sa wykonane po trzy usytuowane w jednej linii otwory wspólosiowe wzgledem trzech torów wiazek 24.Elektroda G3 zawiera zasadniczo prostokatnie uksztaltowany element kolpaczkowy o podstawie, której powierzchnia czolowa jest zwrócona w kie¬ runku elektrody G4 i ma trzy usytuowane w jed¬ nej linii otwory wspólosiowe wzgledem trzech to¬ rów 24 wiazek elektronów.Kolpaczek ekranujacy 26 jest przymocowany do elektrody G3 tak, iz jego podstawa przylega do otwartego konca elektrody G5. Kolpaczek ekranu¬ jacy 26 ma trzy usytuowane w jednej linii otwo¬ ry wykonane w jego podstawie, przy czym kazdy z tych otworów jest wspólosiowy wzgledem torów 24 wiazek elektronów. Kolpaczek ten jest wypo¬ sazony w kilka elementów sprezynujacych przy¬ twierdzonych do scianki bocznej kolpaczka ekra¬ nujacego z jego otwartego1 konca. Te elementy sprezynujace 28 sa przeznaczone do ustalania po¬ lozenia wyrzutni elektronowej 10 wewnatrz czesci szyjkowej lampy kineskopowej (nie pokazanej na rysunku) i zapewniaja styk elektryczny z warstwa przewodzaca prad elektryczny nalozona na po¬ wierzchnie czesci szyjkowej lampy, na skutek cze¬ go zapewnia sie doprowadzenie wysokiego napie¬ cia do kolpaczka ekranujacego bedacego elektro¬ da G5.Dla zapewnienia wlasciwego funkcjonowania wyrzutni elektronowej 10 jest ona wyposazona w glówne soczewki skupiajace umieszczone miedzy elektrodami G4 i G5 oraz we wtórne soczewki ogniskujace umieszczone miedzy elektrodami G3 i G4. Role tych soczewek spelniaja struktury re¬ zystywne: glówna 30 i wtórna 32.Kazda ze struktur soczewkowych rezystywnych 30 i 32 ma postac stosu. Jest ona skonstruowana tak, jak to jest opisane w zgloszeniu dokonanym przez Abeles'a. Kazda z soczewek 30 i 32 zawie¬ ra po kilka elektrod plytkowych 34. Jak pokaza¬ no na fig. 3, kazda elektroda plytkowa 34 ma trzy usytuowane w jednej linii otwory 36, z któ¬ rych kazdy jest wspólosiowy z odpowiednim to¬ rem wiazek elektronów 24. Elektrody plytkowe 34 sa ulozone w stos na przemian z prostopadlo- sciennymi blokami dystansowymi 38. Para blo¬ ków dystansowych 38 jest umieszczona miedzy dwoma kolejnymi elektrodami plytkowymi 34. Kaz¬ da para bloków dystansowych 38 jest umieszczo¬ na po przeciwleglych stronach srodkowego otwo¬ ru 36 i w poblizu zewnetrznego konca elektrody plytkowej 34. Przynajmniej jeden blok kazdej pa¬ ry bloków dystansowych 38 zawiera blok rezy¬ stywny 40 taki, jaki jest opisany dalej. Inny blok pary bloków dystansowych 38 moze stanowic albo blok rezystywny 40 albo tez blok izolujacy 42.Gdy tylko jeden blok rezystywny 40 powinien byc umieszczony miedzy para elektrod plytkowych 34, wówczas izolujacy blok dystansowy 42 jest umie¬ szczony celem zapewnienia wymaganych wlasci¬ wosci mechanicznych.Bloki rezystywne 40 korzystnie skladaja sie z bloków izolujacych 42, których co najmniej jed¬ na z powierzchni jest pokryta warstwa odpowied¬ niego materialu, odznaczajacego sie duza rezysty- wnoscia. Korzystnym jest stosowanie w tym celu metaloceramiki.Jak pokazano na fig. 4, kazdy z bloków rezy¬ stywnych 40 jest wyposazony w dwie odizolowa¬ ne elektrycznie warstwy metalizacji 44 nalozone na dwóch przeciwleglych powierzchniach bloków, które sie stykaja z para elektrod plytkowych 34.Po nalozeniu na powierzchniach bloków rezystyw¬ nych warstw metalizacji 44 i przed zamontowa¬ niem tych bloków w stosach soczewkowych 30 lub 32 sa one pokrywane warstwa 46 odpowied¬ niego materialu odznaczajacego sie duza rezystyw- noscia nakladana na powierzchnie, która laczy dwie wzajemnie przeciwlegle powierzchnie me¬ talizowane. Warstwa rezystywna 46 pokrywa rów¬ niez czesci narozne bloku 40 tak, aby zapewnic dobry styk elektryczny z czesciami powierzchni warstw metalizacji 44. Bloki rezystywne 40 sa nastepnie montowane wraz z elektrodami plytko¬ wymi 34 i zabezpieczane za pomoca lacznika 48 wykonanego z brazu. Aby zapewnic dobry styk warstwy metalizacji 44 z lacznikami brazowymi, czesc warstwy 44 jest najpierw pokrywana pa¬ skiem 50 z niklu. Pasek niklowy 50 przylega do srodkowej czesci warstwy metalizacji 44 i w ten sposób zapobiega przenoszeniu materialu laczni¬ ka na warstwe metalizacji.Przy takim rozwiazaniu struktury soczewkowej 30 lub 32 zmontowanej w postaci jednorodnego zespolu zapewniona zostaje ciaglosc elektryczna od jednego konca do drugiego kazdego stosu, w którym kazdy blok rezystywny 40 wprowadza wystarczajaca rezystancje miedzy kazdymi dwie¬ ma sasiednimi elektrodami plytkowymi 34. W ten sposób uzyskuje sie rezystancyjny dzielnik napie¬ lo 15 20 25 30 35 40 45 50 55 607 130 393 8 caa, w którym, gdy odpowiednie napiecia sa do¬ prowadzone do dwóch elektrod soczewkowych na koncach stosu, plyna prady przez warstwy 46 wy¬ wolujac spadki napiecia wzdluz stosu soczewko¬ wego, na skutek czego ustalaja sie róznice poten¬ cjalów na kazdej z elektrod plytkowych 34 stosu.Takie róznice napiec powoduja, ze tworzy sie po¬ le elektryczne o gradiencie napiecia, wywoluja¬ cym wymagane osiowe profile potencjalowe so¬ czewek.Przy wykorzystaniu technologii opisanej powy¬ zej, soczewki rezystywne 30 sa wytwarzane z osmiu elektrod plytkowych 34 i siedmiu bloków rezystywnych 40. Jak pokazano na fig. 1, bloki rezystywne 40 sa ustawione w jednej linii w gór¬ nej czesci soczewki 30. Siedem bloków ustawio¬ nych w jednej linii w dolnej czesci soczewki 30 sa niemetalizowariymi blokami izolacyjnymi. Re¬ zystywne bloki 40 na rysunku sa zaznaczone krop¬ kami w odróznieniu od miemetalizowanych bloków izolacyjnych 42.Podobnie jest skonstruowana stosowna struktu¬ ra soczewkowa 32, skladajaca sie z czterech elek¬ trod plytkowych 34 i trzech bloków rezystywnych 40. Jak pokazano na fig. 1, trzy bloki rezystywne 40 sa umieszczone w jednej linii w górnej czesci soczewki, a trzy bloki izolacyjne 42 sa umieszczo¬ ne w jednej linii w dolnej czesci soczewki.Pierwszy przewodnik elektryczny 52 jest przy¬ mocowany do elektrody G4 i jest skierowany ku zewnatrz kineskopu, w którym jest umieszczona wyrzutnia elektronowa 10. Ten przewodnik -po¬ zwala doprowadzic napiecie skupiajace do elektro¬ dy soczewkowej G4. Drugi przewodnik 54 jest przymocowany jednym koncem do elektrody G3, a drugim koncem do elektrody plytkowej 34 znaj¬ dujacej sie wewnatrz stosu glównej soczewki 30.W czasie dzialania wyrzutni elektronowej 10 po¬ tencjal przyspieszajacy jest przywozony do elektro¬ dy G3 poprzez styki sprezynujace 28 przymoco¬ wane do kolpaczka ekranujacego 26. Zwykle w wyrzutniach elektronowych 10 napiecie skupia¬ jace wynosi 5,7 kV, a napiecie przyspieszajace — 30 kV. Napiecia te sa doprowadzane do elek¬ trod G4 i G5 odpowiednio.Glówna struktura soczewkowa 30 moze miec od¬ czepy laczace za pomoca przewodnika 54 pewne wybrane elektrody plytkowe 34 w tym celu, aby doprowadzic odpowiednie napiecie, na przyklad 13 kV, do elektrody G3. ' W takiej konstrukcji stos soczewkowy 32 jest polaczony elektrycznie równolegle z pierwsza, lub wejsciowa, sekcja stosu soczewkowego 30, to zna¬ czy iz. sekcja, która wiazki elektronów wchodza do soczewki 30, miedzy elektroda G4 i srodkowa elektroda plytkowa 34, do której przylaczony jest przewodnik 54. Jezeli liczba bloków rezystyw¬ nych 40 w strukturze soczewkowej 32 jest równa liczbie bloków rezystywnych sekcji wejsciowej struktury soczewkowej 30 jak pokazano na fig. .1, prad przeplywajacy przez sekcje wej¬ sciowa soczewki 30 jest równy jednej drugiej pradu, który przeplywa przez druga, wyjsciowa sekcje, to znaczy przez sekcje, przez któ¬ ra wiazka opuszcza przestrzen soczewkowa, mie¬ dzy srodkowa elektroda plytkowa 34 polaczona z odczepem 54 a elektroda G5. W wyniku tego usta¬ la sie wynikowy liniowy profil potencjalowy wzdluz stosu soczewkowego 30 tak, iz nachylenie profilu potencjalowego wzdluz sekcji wyjsciowej jest równe jednej drugiej nachylenia profilu po¬ tencjalowego wzdluz sekcji wyjsciowej. Poprzez wybór odpowiedniej elektrody plytkowej, do któ¬ rej dolaczony jest odczep, wynikowy profil linio¬ wy moze byc uczyniony bardzo zblizonym do ide¬ alu, którym jest krzywa wykladnicza.Na figurze 5 przedstawiono nowa wyrzutnie elektronowa 110 wedlug wynalazku, która jest modyfikacja wyrzutni elektronowej 10 i zawiera kilka elementów skladowych podobnych do tych. jakie wchodza w sklad wyrzutni elektronowej 10.Na fig. 5 te elementy skladowe sa oznaczone sym¬ bolami liczbowymi zwiekszonymi o 100 w .porów¬ naniu z oznaczeniami identyfikujacymi takie sa¬ me elementy skladowe wyrzutni elektronowej 10 przedstawionej na fig. 1 i fig. 2.W wyrzutni elektronowej 110 soczewka rezy¬ stywna miedzy elektrodami G3 i G4 jest wyeli¬ minowana i zastosowana jest tylko soczewka rezy¬ stywna 130 miedzy elektrodami G4 i G5. Glówna soczewka skupiajaca 130 miedzy elektrodami G4 i G5 sklada sie ze stosu ulozonych na przemian elektrod plytkowych 134 i bloków rezystywnych 140. Jak pokazano na fig. 5, rzad szesciu umiesz¬ czonych w jednej linii bloków rezystywnych 140 jest przewidziany w górnej czesci soczewki 130.W dolnej czesci soczewki umieszczony jest drugi rzad ustawionych w jednej linii bloków. W tym rzedzie pierwsze dwa bloki w poblizu elektrody G4 sa blokami rezystywnymi 140, a cztery bloki w poblizu elektrody G5 sa blokami izolacyjnymi 142. Polaczenie elektryczne jest w wyrzutni elek¬ tronowej 110 zapewnione za pomoca lacznika 152 doprowadzajacego napiecie ogniskujace, 4ctóry to lacznik 154 laczy elektrode G3 w jedna z elektrod plytkowych 134 struktury soczewkowej 130, znaj¬ dujaca sie w srodku stosu soczewkowego. Soczew¬ ka 130 jest w ten sposób podzielona na sekcje: wejsciowa dwustopniowa oraz wyjsciowa cztero¬ stopniowa.Jako wynik takiego uksztaltowania elektryczne¬ go ukladu wyrzutni elektronowej prad przeplywa przez lacznik 152 i przez rezystywna strukture soczewkowa 130 w kierunku od elektrody G4 ku elektrodzie G5. Poniewaz dwa bloki rezystywne 140 sa przewidziane w kazdym, pierwszym i dru¬ gim, stopniu struktury soczewkowej 130, na kaz¬ dy z tych stopni spadek napiecia bedzie równy polowie spadku napiecia na kazdy z nastepnych z czterech stopni, z których kazdy zawiera tylko jeden blok rezystywny 140. W wyniku profil po¬ tencjalowy ustalony wzdluz struktury soczewko¬ wej 130 bedzie mial nachylenie w obszarze pierw¬ szych dwóch stopni równo jednej drugiej nachy¬ lenia profilu potencjalowego, jaki uzyskuje sie w obszarze pozostalych czterech stopni. Tak wiec tak samo, jak glówna soczewka 30 wyrzutni elek¬ tronowej 10, glówna soczewka 130 wyrzutni elek¬ tronowej 110, ma pierwsza sekcje wejsciowa, któ¬ ra jest równolegla do drugiego rezystywnego sto- 15 20 25 30 36 40 45 50 55 60 (9 130 393 10 .-su soczewkowego oraz druga wyjsciowa sekcje, która jest szeregowa z. sekcja wejsciowa. Pod tym wzgledem dolne dwa bloki rezystywne 140 pierw¬ szych dwóch stopni struktury soczewkowej 130 moga byc uznane za podobne do stosu soczewko¬ wego 32 miedzy elektrodami G3 i G4, w wyrzutni ^elektronowej 10 przedstawionej na fig. 1 i fig. 2.Wyrzutnia elektronowa 110 jest wiec wyposazo¬ na w niezbyt kosztowna konstrukcje soczewkowa, z której zostala wyeliminowana struktura rezy¬ stywna miedzy elektrodami G3 i G4, a przy tym .osiagnieta zostala wymagana równoleglosc tak, aby zapewnic uzyskanie jednej lub dwóch war¬ tosci nachylenia krzywej rozkladu potencjalu -wzdluz glównej struktury soczewkowej skiupiaja- ?cej MO.Przy projektowaniu rezystywnego stosu soczew¬ kowego wyrzutnie elektronowych 10 i 110 powin¬ ny byc uwzglednione nastepujace kryteria projek¬ towe: 1. Stos soczewkowy powinien zawierac wystar¬ czajaca liczbe ogólna stopni, to znaczy bloków rezystywnych 40 lub 140 tak, aby na kazdy blok przypadala okreslona wartosc spadku napiecia nie przekraczajaca wytrzymalosci elektrycznej bloku.Na obecnym etapie rozwoju technologii dzieki za¬ stosowaniu odpowiednich materialów rezystywnych i sposobów wytwarzania oraz metod projektowa¬ nia wyrzutni elektronowych i technologii wytwa- Tzanda poszczególnych ich czesci skladowych moz¬ liwe jest spelnienie nastepujacych wymagan: do¬ puszczalny maksymalny spadek napiecia na jed¬ nym bloku rezystywnym moze wynosic okolo 4000 V przy bloku o grubosci okolo 1,02 mm. W niektórych przypadkach mozna uzyskac wieksza wytrzymalosc elektryczna, dopuszczajaca, aby spa¬ dek napiecia przypadajacy na jeden blok rezy¬ stywny wynosil okolo €000 V. W przypadku, gdy na jeden blok przypada o wiele wiecej ndz 4000 V, uklad staje sie niestabilny elektrycznie i moze pow¬ stac iskrzenie. 2. Nalezy unikac stosowania nadmiernej liczby stopni w stosach soczewkowych, poniewaz zwiek¬ sza to ogólna dlugosc wyrzutni elektronowej i nad¬ miernie powieksza koszty wytwarzania wyrzutni.Poza tym analiza teoretyczna udowadnia, ze do¬ datkowe stopnie, jezeli ich liczba przekracza sie¬ dem, powoduja bardzo male zmniejszenie abera- cji soczewki. 3. Wspólczynnik proporcjonalnosci miedzy rów¬ nolegla sekcja wejsciowa soczewki a szeregowa -sekcja wyjsciowa soczewki powinien byc wybie¬ rany z uwzglednieniem nastepujacych okolicz¬ nosci: wej glównej soczewki skupiajacej ma byc utrzymy¬ wany w Wymaganych granicach, jak zaznaczono powyzej. (b) W przypadku wyrzutni elektronowej 10 od¬ powiednie napiecie ma byc odprowadzone poprzez odczep z glównej soczewki skupiajacej stosu so¬ czewkowego celem przylozenia tego napiecia do elektrody G3. rozklad potencjalu wzdluz glównej soczewki sku¬ piajacej ma byc usytuowany tak, aby ta krzywa rozkladu potencjalu byla zblizona do idealu, ja¬ kim jest krzywa wykladnicza.Zostalo przez nas stwierdzone, ze krzywa rozkla¬ du potencjalu dla soczewki jest optymalna, gdy punkt zalamania miedzy dwoma odcinkami pro¬ stych, odwzorowujacych rozklad potencjalu wzdluz sekcji soczewki znajduje sie w punkcie, w któ¬ rym wartosc potencjalu jest równa sredniej geome¬ trycznej z wartosci potencjalów: ogniskujacego przylozonego do elektrody G4 i przyspieszajacego przylozonego do elektrody G5. Najwieksza abera- cje obserwuje sie w punkcie wejscia wiazki elek¬ tronów do soczewki z elektrody G4. Zgodnie z tym przesuniecie punktu zalamania 'krzywej roz¬ kladu potencjalów wzgledem punktu, w którym wartosc potencjalu jest równa sredniej geometry¬ cznej z tych dwóch wartosci w kierunku napiecia ogniskujacego bedzie powodowalo szybkie zwieksze¬ nie aberacji, o wiele szybsze, niz odpowiednie prze¬ suniecie w innym kierunku — w kierunku napiecia przyspieszajacego.Figury 6, 7 i 8 schematycznie przedstawiaja modyfikacje konstrukcji soczewki rezystywnej wy¬ rzutni elektronowej 10, rózniace sie charakterem krzywej rozkladu potencjalów wzdluz struktury so¬ czewkowej. Fig. 6 schematycznie przedstawia wy¬ rzutnie elektronowa 10, szczególowo przedstawio¬ na na fig. 1 i fig. 2, w której glówna soczewka G4 — G5 zawiera siedem stopni, a wtórna so¬ czewka G3 — G4 zawiera trzy stopnie. Soczewka wtórna jest równolegla do pierwszych trzech stopni glównej soczewki, przez co zalamanie krzy¬ wej rozkladu potencjalów jest przesuniete wzgle¬ dem sredniej geometrycznej tylko o 0,6 kV w kie¬ runku mniejszych wartosci. Wyrzutnia elektrono¬ wa przedstawiona na fig. 6 jest skonstruowana tak, aby mogla pracowac przy potencjale przy¬ spieszania równym 30 kV na elektrodzie GS i po¬ tencjale ogniskujacym równym 5,5 kV na elektro¬ dzie G4. Taka ibudowa wyrzutni powoduje, ze do elektrody G3 powinno byc doprowadzone napie¬ cie równe 12,2 kV, a maksymalny spadek napie¬ cia na jednym bloku ma miejsce w sekcji wyj¬ sciowej glównej soczewki i wynosi 4,5 kV na je¬ den blok rezystywny. Nachylenie krzywej rozkla¬ du potencjalów w soczewce wtórnej miedzy elek¬ trodami G3 — G4 jest równe co do wartosci bez¬ wzglednej, lecz o przeciwnym znaku, nachyleniu krzywej rozkladu potencjalów w sekcji wejscio¬ wej glównej soczewki ogniskujacej, do której jest równolegla. Poniewaz te dwie równolegle sekcje maja jednakowa liczbe bloków rezystywnych, na¬ chylenie 'krzywej rozkladu potencjalów dla sekcji wejsciowej glównej soczewki wynosi jedna druga nachylenia rozkladu potencjalów dla jej sekcji wyjsciowej. Tak wiec rozklad potencjalów wzdluz szesciu stopni soczewki ogniskujacej wyrzutni ele¬ ktronowej przedstawia sie nastepujaco: lt is M 30 39 40 45 51 55 S0m ??3 11 12 [ [ Stopnie soczewki t [ <1) Pierwsza przewodzaca elektroda G3 (2) Pierwsza soczewka rezystywna 22 [ (3) Druga przewodzaca [ elektroda G4 [ i(4) Druga rezystywna r soczewka (sekcja [ wejsciowa soczewki 30) [ (5) Trzecia soczewka i rezystywna (wyjsciowa i sekcja soczewki 30) <6) Trzecia elektroda [ przewodzaca Nachylenie krzywej rozkladu potencjalów 0 — s 0 + s + 2S o 1 gdzie S jest wartoscia dodatnia nachylenia.Figura 7 schematycznie przedstawia zmodyfiko¬ wana strukture ukladu soczewkowego przedsta¬ wionego na fig. 6 z jednakowa liczba stopni w kazde} z dwóch soczewek, lecz w której elektro¬ da plytkowa z odczepem w soczewce glównej jest usytuowana o jeden stopien blizej do elektrody G5f przez co zalamanie krzywej rozkladu poten¬ cjalów ma miejsce w punkcie o potencjale wiek¬ szym o okolo 1,6 kV od sredniej geometrycznej z wartosci potencjalów elektrod koncowych struk¬ tury socaewki. W wyniku dwie równolegle sekcje maja niejednakowe rozmiary i otrzymuje sie 'krzywe rozkladu potencjalów o niejednakowym nachyleniu w odpowiednich sekcjach. Z tego po¬ wodu stosunek nachylen krzywych rozkladu po¬ tencjalów dla sekcji wejsciowej i wyjsciowej glównej soczewki ogniskujacej wynosi okolo 1:2,3.W konstrukcji soczewkowej przedstawionej na lig. 7 napiecie doprowadzane z odczepu do elek¬ trody Ckfc wynosi 14,4 kV i maksymalny spadek napiecia na jednym bloku w glównej soczewce ogniskujacej Wynosi 5,2 kV. Analiza przeprowa¬ dzona za pomoca elektronicznej maszyny cyfro¬ wej pokazuje, ze taka wyrzutnia odznacza sie minimalna aberacja, która jest zasadniczo iden¬ tyczna z aberacja wywolywana wyrzutnia elektro¬ nowa przedstawiona na fig. 6. Poza tym uwaza¬ ne jest za pozyteczne zwiekszenie napiecia na elektrodzie G3 powyzej 14,4 kV, jednakze nie jest pozadane ze wzgledu na zwiekszenie spadku na¬ piecia przypadajacego na jeden blok, który to spadek wynosi 5,2 kV.Figura 8 schematycznie przedstawia zmodyfi¬ kowana strukture wyrzutni elektronowej, przed¬ stawionej na fig. 6. Modyfikacja polega na zwiek¬ szeniu o jeden liczby stopni w soczewce wtór¬ nej G3 — G4, na wyeliminowaniu jednego stop¬ nia z soczewki glównej G4 — G5 i umieszczeniu odczepu dla doprowadzenia z napiecia do elektro¬ dy GS miedzy drugim a trzecim stopniami soczew¬ ki glównej. W wyniku uzyskuje sie punkt zalama¬ nia krzywej rozkladu potencjalów przesuniety o 1,2 kV wzgledem sredniej geometrycznej z potencja¬ lów doprowadzanych dokoncowych elektrod soczew¬ ki w kierunku mniejszych potencjalów. Nachylenie* krzywej rpzkladu-potencjalów wzdluzsoczewki wtór¬ nej jest o wiele mniejsze od nachylenia krzywej rozkladu potencjalów wzdluz równoleglej sekcji wejsciowej soczewki glównej, a stosunek nacliylen krzywych rozkladu potencjalów dla sekcji wejscio¬ wej i wyjsciowej soczewki glównej wynosi 1:1,5.Spadek napiecia przypadajacy na jeden blok struk¬ tury Wynosi okolo 4,6 kV. Analiza przeprowadzona za pomoca elektronicznej maszyny cyfrowej poka¬ zuje, ze taka wyrzutnia odznacza sie znacznie gor¬ szymi wlasciwosciami z punktu widzenia aberacji, niz wyrzutnia przedstawiona na lig. 6 i fig. 7. Jest to najwyrazniej wynikiem raczej przyjecia stosun¬ ku nachylen odcinków krzywych rozkladu potencja¬ lów wzdluz odpowiednich sekcji soczewki rtafnega 1:1,5 rózniacego sie od stosunku optymalnego. Taka wyrzutnia ma równiez niekorzystnie male napiecie na elektrodzie G3 wynoszace 11,6 kV przy takim samym spadku napiecia na jeden blok rezystyw¬ ny yównynl 4,6 kV, jak w przypadku wyrzutni z fig. & Przy projektowaniu soczewek 3$ i 32 dla takich wyrzutni elektronowych, jaka jest przedstawiona. na fig. 1 i fig. 2, napiecie przyspieszajace dopro¬ wadzane do elektrody G5 jest dobierane w pierw¬ szej kolejnosci, na przyklad, z punktu widzenia uzyskania wymaganej wydajnosci swietlnej i z- uwzglednieniem innych ogólnych wymagan ukla¬ dowych. Napiecie odprowadzone z odczepu struktu¬ ry soczewkowej do elektrody G3 jest wybierane r punktu widzenia wymagan szczególowych dotycza¬ cych konstrukcji obszaru, w którym ksztaltuje Sie wiazka elektronów* Na podstawie tych wybranych napiec ustala sie wlasciwe napiecie ogniskujace,, które ma zapewnic wlasciwe ogniskowanie wiazki elektronów kierowanej do obszaru soczewki ogni~ skujacej. Konstrukcja soczewki moze byc zatem wyznaczona nastepujacym równaniem: VA- Vx = 2(VT — VE) gdzie: Va — anodowe napiecie przyspieszajace na elektrodzie G5 Vi — napiecie posrednie odprowadzane za pomoca odczepu do elektrody G3 Vr — napiecie ogniskujace na elektrodzie G4 Sx — liczba stopni w soczewce wtórnej .32 i liczba stopni sekcji wejsciowej so¬ czewki 30 Sg — liczba stopni w sekcji wyjsciowej so¬ czewki glównej 30.Na przyklad, w przypadku wyrzutni elektrono¬ wej przedstawionej na fig. 6 VA = 30 kV Vx = okolo 12 kV VF = okojo 5,5 kV Z tego wynika, ze stosunek S%JS1 Wynosi 16/1& lub, w przyblizeniu, 4/3, Tak wiec system soczew¬ kowy jest zbudowany z czterech stopni w sekcji wyjsciowej glównej soczewki ogniskujacej i trzech. 10 1S 20 as 30 35 40 5A 55 60130 393 13 14 rstopni w soczewce wtórnej G3 — G4 oraz trzech stopni w sekcji wyjsciowej glównej soczewki G4 — G5.Figury 9, 10 i 11 schematycznie przedstawiaja inne rozwiazania struktury soczewkowej 130 wy¬ rzutni elektronowej 116. Fig. 9 przedstawia struk¬ ture soczewkowa dokladnie taka, jaka jest opisa¬ na w odniesieniu do wykonania wyrzutni elektro¬ nowej 110 przedstawionej na fig. 5. W tej struktu¬ rze soczewkowej soczewka sklada sie ogólem z sze¬ sciu stopni. Pierwsze dwa stopnie, które tworza sekcje wejsciowa soczewki, sa równolegle do osob¬ nego dwustopniowego stosu rezystywnego, który stanowi czesc tejze struktury soczewkowej i który jest utworzony z elektrod plytkowych 134, które sa równiez czesciami skladowymi sekcji wejsciowej soczewki. W przypadku wyboru napiecia przyspie¬ szajacego równego 25 kV i napiecia ogniskujacego równego 6 kV zalamania krzywej rozkladu poten¬ cjalów wzdluz struktury soczewkowej ma miejsce przy wartosci napiecia równego 9,8 kV, co o 2,4 kV ponizej sredniej geometrycznej z doprowadzonych napiec do elektrod struktury soczewkowej. Przy tyim maksymalny spadek napiecia przypadajacy na jeden blok rezystywny Wynosi okolo 3,8 kV.Napiecie odprowadzane za pomoca odczepu ze struktury soczewkowej do elektrody G3 wynosi 13,6 kV. Przy tym odczep jest usytuowany miedzy trzecim a czwartym stopniem.Struktura przedstawiona scematycznie na fig. 10 rózni sie od przedstawionej na fig. 9 tylko tym, ze odczep dla zasilania elektrody G3 jest umieszczony imiedzy drugim a trzecim stopniem glównej so¬ czewki ogniskujacej, co odpowiada napieciu 9,8 kV, które jest doprowadzone do elektrody G3.Przedstawiona na fig. 11 struktura soczewkowa rózni sie od struktury przedstawionej na fig. 9 tylko tym, ze zamiast pierwszych dwóch stopni glównej soczewki ogniskujacej zrównoleglone sa trzy stopnie tej soczewki z drugim stoseim rezy¬ stywnym. W wyniku tego zalamanie krzywej roz¬ kladu potencjalów dla glównej soczewki na miej¬ sce w punkcie przesunietym tylko o 0,1 kV wzgle¬ dem sredniej geometrycznej z napiec doprowadzo¬ nych do struktury soczewkowej w kierunku wyz¬ szych potencjalów. Odczep dla zasilania elektrody G3 jest usytuowany miedzy trzecim a czwartym stopniem i zapewnia doprowadzenie do elektrody G3 napiecia równego 12,3 kV.Struktura soczewkowa 130 wyrzutni elektrono¬ wej 110 odznacza sie nieco odmiennymi parame¬ trami w porównaniu z parametrami wyrzutni ele¬ ktronowej 10. W strukturze soczewkowej 130 sto¬ sunek nachylen krzywych rozkladu potencjalów dla sekcji wejsciowej i wyjsciowej soczewki glów¬ nej zawsze wynosi 1:2, poniewaz dwa równolegle rezystywne stosy soczewkowe zawsze zawieraja jednakowa liczbe bloków rezystywnych. Zmienia¬ nie stosunków nachylen w taki sposób, w jaki realizuje sie to w odniesieniu do wyrzutni elek¬ tronowej 10 przedstawionej na fig. 6 — 8 nie jest mozliwe w przypadku wyrzutni elektronowej takiej, jaka jest przedstawiona na fig. 5. Z dru¬ giej strony wybór wartosci napiecia doprowadza- jnego za pomoca odczepu do elektrody G3 jest cal¬ kowicie niezalezny od kostrukcji równoleglej a jedynie tylko od rozkladu potencjalów w soczew¬ ce 130.Przy projektowaniu struktury soczewkowej 130 5 napiecie przyspieszajace i napiecie posrednie od¬ prowadzane za pomoca odczepu do elektrody G3 sa dobierane, a napiecie ogniskujace jest ustala¬ ne w taki sam sposób, jak dla wyrzutni elektro¬ nowej 10. Nastepnie jest dobierana ogólna liczba 10 stopni dla soczewki oraz liczba stopni w równo¬ leglej sekcji wejsciowej. Dobór ten powinien od¬ powiadac podstawowym wymaganiom dotyczacym wytrzymalosci elektrycznej struktury i maksymal¬ nemu dostosowaniu krzywej rozkladu potencja- 15 lów w soczewce do idealu, jakim jest krzywa wykladnicza. Na tej podstawie okresla sie krzy¬ wa rozkladu potencjalów, a spadek napiecia przy¬ padajacy na jeden blok rezystywny oblicza sie wedlug nastepujacego wzoru: 20 napiecie na jeden blok = VA —VF ST — SE/a 25 gdzie: VA — anodowe napiecie przyspieszajace doprowadzane do G5 Vr — napiecie ogniskujace doprowadzane do G4 ST — ogólna liczba stopni w soczewce glów- 30 ne3 SE — liczba stopni w sekcji wejsciowej w soczewce glównej Na przyklad, w przykladzie struktury soczewko- 35 wej przedstawionej na fig. 9: VA = 25 kV Vr = 6 kV Sr ^ 6 i SE = 2. 40 W tym przypadku obliczone napiecie przypada¬ jace na jeden blok wynosi 3,8 kV.Poniewaz odprowadzane za pomoca odczepu na¬ piecie dla elektrody G3 jest calkowicie niezalez- 45 ne od ustalonego stosunku nachylen krzywych rozkladu potencjalów, w strukturze soczewkowej 130 dla wyrzutni elektronowej 110 elektroda G3 moze byc wyeliminowana. Na przyklad, w naj¬ prostszym przykladzie realizacji wynalazku struk- 50 tura soczewkowa 130 zastosowana w wyrzutni elektronowej moze stanowic zwykla dwupoten- cjalowa soczewke skupiajaca. Mówiac ogólnie, struktura soczewkowa 130 moze byc zastosowana w róznych modyfikacjach wyrzutni elektronowej, 55 w których ogniskowanie elektrostatyczne jest za¬ pewnione poprzez wytworzenie prostej róznicy potencjalów miedzy dwoma elektrodami w jednym lub w wiekszej liczbie punktów wyrzutni elektro¬ nowej. Nie mniej ze wzgledu na wymagania sta- 60 wiane plamce swietlnej w wyrzutniach trójwiaz¬ kowych, jakie sa opisane w odniesieniu do fig. 5, korzystnym jest, aby w takich wyrzutniach elek¬ tronowych byly stosowane nowe rezystywne struk¬ tury soczewkowe 130 zapewniajace odpowiedni 65 rozklad potencjalów wzdluz tej soczewki.130 393 15 1C zastrzezenia patentowe 1. Wyrzutnia elektronowa zawierajaca podluzne wsporniki z materialu izolacyjnego oraz zamonto¬ wane kolejno na tych wspornikach elementy skla¬ dowe wyrzutni takie, jak katody, których po- wiejrzchnie czolowe sa pokryte warstwa emituja¬ ca elektrony, siatkowa elektroda sterujaca, siatko¬ wa elektroda ekranujaca, pierwsza elektroda so¬ czewkowa, druga elektroda soczewkowa, trzecia elektroda soczewkowa, rezystancyjna struktura soczewkowa usytuowana i elektrycznie wlaczona miedzy dwoma elektrodami soczewkowymi, sklada¬ jaca sie ze stosu ulozonych na przemian elektrod plytkowych z otworami (dla przejscia wiazek elek¬ tronów emitowanych przez katody i rezystancyj- nych bloków dystansowych, który to stos stanowi elektrycznie ciagla strukture soczewkowa od jed¬ nego jego konca do drugiego, oraz przewodniki pradu elektrycznego polaczone z elektrodami so¬ czewkowymi przeznaczonymi do doprowadzania do elektrod soczewkowych napiecia skupiajacego i przyspieszajacego, które to napiecia powoduja przeplyw pradu elektrycznego przez rezystywna strukture soczewkowa, znamienna tym, ze rezy¬ stywna struktura soczewkowa <130) jest wlaczona miedzy druga (122), a trzecia (123) elektrodami soczewkowymi i sklada sie z dwóch sekcji, z któ¬ rych pierwsza sekcja zawiera miedzy kazda para kolejnych elektrod plytkowych (134) kilka rezy¬ stywnych bloków dystansowych (140), a druga sek¬ cja zawiera miedzy kazda para kolejnych elektrod plytkowych (134) mniejsza liczbe rezystywnych bloków dystansowych (140), przy czym wszystkie bloki dystansowe rezystywnej struktury soczew¬ kowej (130) imaja jednakowa rezystancje, a pole elektryczne wytworzone przeplywajacym przez strukture (130) pradem elektrycznym na odcinku wyznaczonym przez pierwsza sekcje struktury so¬ czewkowej (130) odznacza sie mniejszym gradien¬ tem potencjalu niz pole elektryczne na odcinku wyznaczonym przez druga sekcje struktury so¬ czewkowej (130). 2. Wyrzutnia wedlug zastrz. 1, znamienna tym* ze kazdy stopien pierwszej sekcji struktury so¬ czewkowej (130) zawiera dwa rezystywne bloki dystansowe (140), a kazdy stopien drugiej sekcji 20 struktury soczewkowej (130) zawiera jeden rezy¬ stywny blok dystansowy (140). 3. Wyrzutnia wedlug zastrz. 1 albo 2, znamien¬ na tym, ze elektroda plytkowa (1?4) usytuowana 25 miedzy pierwsza a druga sekcja rezystywnej struktury soczewkowej (130) jest polaczona prze¬ wodnikiem elektrycznym (154) z pierwsza elektro¬ da soczewkowa (120).130 «3 Fig.3 40 34 44 40 £ 49 40 Fig.4 Fig.5 4.5k»/b Fig. 6. 5.2kV/b Fig. 7. 25kV !3.6kV- 9.8 kV- ^ 6kV 25kV 9.8kV » 6kV i ..< H G4 I] 6kV L_. y Fig.9 1, G3 | ,l G4 fft 1 \f\ i M 6kV » 1 G5 25 kV L3.BkV/b G5 25kg <-3.8kV/b Fig. 10. 4.6kV/b Fig. 8.R 25kV- l2.3kV- v 6kV- 6kV T" 25kV 4.2kV/b /7^.//. PL PL PL

Claims (8)

1.zastrzezenia patentowe 1. Wyrzutnia elektronowa zawierajaca podluzne wsporniki z materialu izolacyjnego oraz zamonto¬ wane kolejno na tych wspornikach elementy skla¬ dowe wyrzutni takie, jak katody, których po- wiejrzchnie czolowe sa pokryte warstwa emituja¬ ca elektrony, siatkowa elektroda sterujaca, siatko¬ wa elektroda ekranujaca, pierwsza elektroda so¬ czewkowa, druga elektroda soczewkowa, trzecia elektroda soczewkowa, rezystancyjna struktura soczewkowa usytuowana i elektrycznie wlaczona miedzy dwoma elektrodami soczewkowymi, sklada¬ jaca sie ze stosu ulozonych na przemian elektrod plytkowych z otworami (dla przejscia wiazek elek¬ tronów emitowanych przez katody i rezystancyj- nych bloków dystansowych, który to stos stanowi elektrycznie ciagla strukture soczewkowa od jed¬ nego jego konca do drugiego, oraz przewodniki pradu elektrycznego polaczone z elektrodami so¬ czewkowymi przeznaczonymi do doprowadzania do elektrod soczewkowych napiecia skupiajacego i przyspieszajacego, które to napiecia powoduja przeplyw pradu elektrycznego przez rezystywna strukture soczewkowa, znamienna tym, ze rezy¬ stywna struktura soczewkowa <130) jest wlaczona miedzy druga (122), a trzecia (123) elektrodami soczewkowymi i sklada sie z dwóch sekcji, z któ¬ rych pierwsza sekcja zawiera miedzy kazda para kolejnych elektrod plytkowych (134) kilka rezy¬ stywnych bloków dystansowych (140), a druga sek¬ cja zawiera miedzy kazda para kolejnych elektrod plytkowych (134) mniejsza liczbe rezystywnych bloków dystansowych (140), przy czym wszystkie bloki dystansowe rezystywnej struktury soczew¬ kowej (130) imaja jednakowa rezystancje, a pole elektryczne wytworzone przeplywajacym przez strukture (130) pradem elektrycznym na odcinku wyznaczonym przez pierwsza sekcje struktury so¬ czewkowej (130) odznacza sie mniejszym gradien¬ tem potencjalu niz pole elektryczne na odcinku wyznaczonym przez druga sekcje struktury so¬ czewkowej (130).

2. Wyrzutnia wedlug zastrz. 1, znamienna tym* ze kazdy stopien pierwszej sekcji struktury so¬ czewkowej (130) zawiera dwa rezystywne bloki dystansowe (140), a kazdy stopien drugiej sekcji 20 struktury soczewkowej (130) zawiera jeden rezy¬ stywny blok dystansowy (140).

3. Wyrzutnia wedlug zastrz. 1 albo 2, znamien¬ na tym, ze elektroda plytkowa (1?4) usytuowana 25 miedzy pierwsza a druga sekcja rezystywnej struktury soczewkowej (130) jest polaczona prze¬ wodnikiem elektrycznym (154) z pierwsza elektro¬ da soczewkowa (120).130 «3 Fig.3 40 34 44 40 £ 49 40 Fig.

4.Fig.

5.4.5k»/b Fig.

6. 5.2kV/b Fig.

7. 25kV !3.6kV- 9.8 kV- ^ 6kV 25kV 9.8kV » 6kV i ..< H G4 I] 6kV L_. y Fig.9 1, G3 | ,l G4 fft 1 \f\ i M 6kV » 1 G5 25 kV L3.BkV/b G5 25kg <-3.8kV/b Fig. 10. 4.6kV/b Fig.

8. R 25kV- l2.3kV- v 6kV- 6kV T" 25kV4.2kV/b /7^.//. PL PL PL