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Steuersystem für Braunsche Röhren Die Erfindung bezieht sich auf Kathodenstrahlröhren
und insbesondere auf Braunsche Röhren, bei denen die Intensität eines von einer
Glühkathode ausgehenden Elektronenstrahles mittels einer Wehneltelektrode gesteuert
wird. Hierbei ist die Glühkathode im allgemeinen als punktförmiger Emissionskörper
und die Wehneltelektrode als die Kathode umgebende, mit einer Bohrung versehene
Kappe ausgebildet.
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Diese Steuerungsart ist, verglichen mit der bei Verstärkerröhren üblichen,
nicht sehr empfindlich. So benötigt man, um einen Elektronenstrom von o bis 0,2
mA durchzusteuern, eine Steuerspannung von etwa 16 Volt. Bei Fernsehempfangsgeräten
ist man daher gezwungen, zahlreiche Verstärkungsstufen vorzusehen, um die an der
Antenne einfallenden Spannungen der Größenordnung von wenigen Mikrovolt auf die
erforderlichen Werte zu bringen.
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Die Erfindung setzt es sich zur Aufgabe, ein Steuersystem für Kathodenstrahlröhren
anzugeben, welches bei gleicher Steuerwirkung wesentlich kleinere Steuerspannungen
benötigt.
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Es ist bereits bekannt, die Steuerempfindlichkeit von Kathodenstrahlröhren
dadurch zu erhöhen, daß man als Elektronenquelle des Strahlerzeugungssystems nicht
eine Glühkathode, sondern einen Sekundärelektronenverstärker verwendet, dessen Ausgangsstrom
zur Erzeugung des Elektronenstrahles dient. Die Steuerung des Strahlstroms soll
dann durch die Beeinflussung der Zahl der in den Sekundärverstärker eintretenden
Primärelektronen erfolgen. Mit einer solchen Einrichtung läßt sich theoretisch eine
höhere Empfindlichkeit erzielen,
da man die hohe Steilheit mehrstufiger
Sekundärelektronenverstärker ausnutzen kann. Bei der praktischen Durchführung ergeben
sich jedoch beträchtliche Schwierigkeiten, da außerordentlich hohe Anforderungen
an die Fokussierung der Sekundärelektronen gestellt werden müssen. Es handelt sich
um die Aufgabe, den Sekundärelektronenstrorn, der im Vervielfacher einen Querschnitt
von i bis 2 cm2 einnimmt, auf einen kleinen Anfangsquerschnitt des Elektronenstrahles
(etwa 0,3 mm2) zu konzentrieren, wobei zu berücksichtigen ist, daß die Sekundärelektronen
sehr verschiedene Geschwindigkeiten aufweisen und daher von Konzentrationsfeldern
in durchaus verschiedenem Maße becinflußt werden.
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Gemäß der Erfindung werden die Vorteile der hohen Steuerempfindlichkeit
von Sekundärelektronenverstärkern ausgenutzt, jedoch die Nachteile der Konzentrationsschwierigkeiten
vermieden. Die Anordnung des Sekundärelektronenverstärkers wird so getroffen, daß
die Steuerelektrode des Strahlerzeugungssystems gleichzeitig die Ausgangselektrode
des Sekundärelektronenverstärkers bildet, so daß die Emission einer den Strahistrom
liefernden Glühkathode durch die Potentialschwankungen der Ausgangselektrode des
Sekundärelektronenvervielfachers gesteuert wird. Bei dieser Anordnung ergibt sich
der Vorteil, daß im wesentlichen nur die Glühelektronen des Strahlerzeugungssystems
in den Abbildungsraum gelangen. Die auf diese Weise erhaltene Empfindlichkeitssteigerung
gegenüber der normalen Wehneltsteuerung beträgt das. Tausendbis Zehntausendfache.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Fig. i bis d.
erläutert, .die Ausführungsbeispiele der Erfindung darstellen. In FinG. i ist i
das Steuersystem des Sekundärelektronenverstärkers, dem eine die Strahlintensität
steuernde Signalspannung zugeführt wird. Bei Verwendung der Braunschen Röhre für
Fernsehzwecke liegen an der Steuerelektrode die den Helligkeitsschwankungen des
Bildes entsprechenden Spannungsimpulse. Das Steuersystem i besteht aus einer vorzugsweise
schwach beheizten Glühkathode 2, einem Steuergitter 3 und einer halbzylindrischen
negativen Elektrode 4., welche die Primärelektronen in Richtung auf den nachgeordneten
Sekundärelektronenverstärker hinlenkt. Der Sekundärelektronen -verstärker in Fig.
i besteht aus einer Anzahl von Netzen 5 und einer Anode io.
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Die letzten beiden Netze sind mit je einem Loch versehen, durch das
die Zuführungen 7 und 8 für die den Strahlstrom liefernde Glühkathode 9 hindurchgeführt
sind. Gegenüber der letzten Auslöseelektrode und vor der Haarnadelkathode 9 befindet
sich die Anode io des Vervielfachers, die plattenförmig ausgebildet ist und eine
Bohrung für den Durchtritt der Strahlelektronen besitzt. Die weiteren Einzelheiten
der Braunschen Röhre, wie Ablenk- und Konzentrationselektroden, sind nicht dargestellt,
da sie mit der üblichen Ausführung in Braunschen Röhren übereinstimmen. Zum Betrieb
der Steuervorrichtung werden die Sekundäremnissionselektroden 5 gegenüber der Kathode
i an steigendes positives Potential gelegt, ferner werden den Glühkathoden 2 und
9 Heizströme von verschiedenen Spannungsquellen zugeführt. Die Strahlsteuerelektrode
erhält gegenüber der letzten Prallelektrode ein Potential von ioo bis Zoo Volt und
ist mit einer Spannungsquelle über einen Arbeitswiderstand verbunden. Die Vorspannung
des Steuergitters 2 wird vorzugsweise so gewählt, daß das erste Steuersystem i im
Anlaufstromgebiet arbeitet, was bedeutet, daß der Arbeitsbereich im untersten gekrümmten
Teil der Charakteristik liegt. Um zu vermeiden, daß die Zuführungen 7 und 8 der
Glühkathode 9 von Sekundärelektronen getroffen werden, können diese durch Umhüllungen
aus Isoliermaterial oder durch Metallröhrchen abgeschirmt werden. Die Steuerung
des Primärelektronenstroms kann sowohl mit gleichgerichteten Signalspannungen als
auch mit modulierten Hochfrequenzspannungen erfolgen. Dabei sind die Verluste durch
die Kapazität des ersten Steuergitters 2 und der Wehneltelektrode io außerordentlich
gering, da die Dimensionen des Kathodensystems i wegen der außerordentlich geringen
benötigten Stromstärke sehr klein gemacht werden können. Eine Verminderung der Kapazität
der Strahlsteuerelektrode io kann durch Verkleinern ihrer Fläche erreicht werden,
indem man dafür Sorge trägt, daß der Auftreffbereich der Sekundärelektronen sehr
klein wird. Dies kann z. B. durch Umgeben des Sekundärelektronenverstärkers mit
einer negativ vorgespannten Konzentrationselektrode oder dadurch geschehen, daß
man die letzten Prallnetze konkav zur Anode ausbildet, so daß sich der Elektronenstrom
in Richtung auf diese Elektrode verjüngt.
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Ferner können Mittel vorgesehen werden, um zu verhindern, daß Sekundärelektronen
durch die Öffnung in der Anode io in den Abbildungsraum der Braunschen Röhre gelangen.
Beispielsweise kann die Glühkathode exzentrisch bzw. seitlich zu dem Sekundärelektronenverstärker
angeordnet werden. Nach einer anderen Ausführungsform wird die Glühkathode auf der
dem Sekundärelektronenverstärker zugekehrten Seite mit einer Abschirmhülle aus Isoliermaterial
versehen, welche bis an die Anode io anschließt. Ferner kann auch als Ausgangselektrode
die letzte Prallelektrode des Sekundärverstärkers dienen. Durch diese Maßnahme wird
erreicht, daß einzelne durch die Öffnung in der Ausgangselektrode in den Abbildungsraum
der Braunschen Röhre gelangende Sekundärelektronen phasenrichtig mit den gesteuerten
Glühelektronen eintreten.
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Die obenerwähnten Ausführungsformen werden an Hand der Fig.2 und 3
besprochen. In Fig. 2 besitzen die Kathode des Sekundärverstärkers 2 und der Sekundärverstärker
5 eine exzentrische Lage zu der Achse des Wehneltsystems: In dieser Figur ist 9
wie oben die Glühkathode, io die Strahlsteuerelektrode, auf die die Sekundärelektronen
seitlich von der Durchtrittsöffnung der Glühelektronen auftreffen. i i ist eine
Anode zur Bünde-
Jung der Glühelektronen. Um die Fläche der Wehneltelektrode
io möglichst klein halten zu können, werden die Sekundärelektronen durch konkave
Ausbildung der Prallgitter 5 und durch eine kegelförmige Konzentrationselektrode
12 auf einen kleinen Auftreffbereich konzentriert.
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In Fig.3 ist die Anordnung der Glühkathode und der Steuerelektrode
im wesentlichen dieselbe wie in Fig. i mit dem Unterschied, daß die Glühkathode
g und die Zuführungen zu dieser 7 und 8 von Abschirmhüllen 13 umgeben sind. Diese
Abschirmungen können, wie in der Figur durch Strichlierung angedeutet, aus Isoliermaterial,
z. B. Glas, bestehen.
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Eine weitere Erhöhung der Empfindlichkeit ist zu erreichen, wenn man
noch einen oder mehrere weitere Sekundärverstärker und Steuersysteme zwischen das
Strahlerzeugungssystem und das erste Steuersystem schaltet. Dies hat in der erfindungsgemäßen
Weise derart zu geschehen, daß die Ausgangselektrode des zwischengeschalteten Sekundärelektronenverstärkers
gleichzeitig die Steuerelektrode einer weiteren Glühkathode darstellt, deren Glühelektronen
in den folgenden Sekundärelektronenverstärker gelangen. Ist die Glühkathode wiederum
gegen die Steuerelektrode so vorgespannt, daß das Steuersystem im Anlaufstromgebiet
arbeitet, so kann mit der Gesamtanordnung eine außerordentliche Steuerempfindlichkeit
bei sehr geringem Ruhestrom erhalten werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Heizung der Strahlkathode
durch den Aufprall der Sekundärelektronen auf die Rückseite einer plattenförmig
ausgebildeten Kathode erfolgen. Hierdurch wird eine weitere Kapazitätsverminderung
des Strahlerzeugungssystems erreicht, da Zuführungen für den Heizstrom nun nicht
mehr vonnöten sind. Es bietet keine Schwierigkeiten, die durch die Modulation des
Sekundärelektronenstroms hervorgerufenen Schwankungen der Emissionstemperatur der
Kathode so weit zu beruhigen, daß Störungen des Leuchtschirmbildes nicht auftreten.
Hierzu wird das Verhältnis zwischen Ruhestrom und Modulationsanteil des aufprallenden
Sekundärelektronenstroms so eingestellt, daß die gesamten Modulationsschw ankungen
keine wesentlichen Änderungen der Heiztemperatur bewirken können. Bei genügend großer
Wärmekapazität der Strahlkathode sind die thermischen Schwankungen zu vernachlässigen.
Fig. ,I zeigt ein derartiges Strahlerzeugungssystem. In dieser Figur sind 1q., 15,
16 die letzten Prallelektroden des Sekundärverstärkers. Der von diesen ausgehende
Elektronenstrom wird mit Hilfe einer negativ vorgespannten kegelförmigen Elektrode
17, die an ihrer engeren Seite mit einer Blende 18 abgedeckt ist, auf die Rückseite
der plattenförmigen Strahlkathode i9 fokussiert. Die Elektrode i9 ist auf der vom
Sekundärverstärker abgewandten Seite mit emissionsfähigem Material, z. B. Thoriumoxyd
oder Bariumoxyd, bedeckt. Zum Betrieb der Röhre wird die Elektrode i9 über einen
Arbeitswiderstand mit einer Gleichspannungsquelle verbunden. Während also bei den
vorhergehenden Ausführungsbeispielen die Ausgangselektrode für die Sekundärelektronen
gleichzeitig als Blende für den von der Kathode ausgehenden Elektronenstrahl dient
und die Kathode auf konstantem Potential liegt, befindet sich im vorliegenden Fall
die Kathode i9 auf schwankendem und die Blende 18 auf konstantem Potential.
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Es sei noch bemerkt, daß die Erfindung nicht auf Netzvervielfacher
beschränkt ist, vielmehr können auch Prallplattenvervielfacher der verschiedensten
Art Verwendung finden.