DE1097045B - Strahlerzeugungssystem fuer Kathodenstrahlroehren - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft ein Strahlerzeugungssystem für Kathodenstrahlröhren, bestehend aus einer Kathode sowie einer Modulationselektrode und einer Beschleunigungsanöde, die als koaxial fluchtende Lochblenden ausgebildet sind und zur Erzeugung eines intensitätsmodulierten, auf den Schirm der Kathodenstrahlröhre gerichteten Elektronenstrahles dienen.

Es sind bereits verschiedene Strahlerzeugungssysteme für Fernsehbildröhren entwickelt worden. Eine besondere Ausführung ist in der USA.-Patentschrift 2 773 212 bebandelt. Das normale Elektronenstrahlerzeugungssystem besteht grundsätzlich aus zwei axial angeordneten Systemen, nämlich dem Strahlerzeugungs- und Modulationssystem und dem Hauptlinsensystem. Das Strahlerzeugungs- und Modulationssystem hat die Aufgabe, einen genau begrenzten Elektronenstrahl von gesteuerter Intensität an die Hauptlinse zu liefern, die zur Abbildung des Strahls auf einen möglichst kleinen Leuchtfleck auf dem Bildschirm dient. Die Hauptlinse kann, elektrostatisch, magnetisch oder elektromagnetisch sein. Die meisten Elektronenstrahlerzeugungssysteme einschließlich der zur Zeit in den Bildröhren verwendeten besitzen ein Strahlerzeugungssystem, das mit einer sogenannten Immersionslinse verbunden ist.

Bei den üblichen Fernsehempfängern muß der Elektronenstrahl in recht weiten Grenzen amplitudenmoduliert werden, um die hellsten Stellen, die Schatten des Bildes und alle Zwischenwerte der Helligkeit wiederzugeben, die für eine richtige Bildwiedergabe erforderlich sind. Zum Beispiel kann bei einer Bildröhre für unmittelbare Betrachtung der Strahlstrom Spitzenwerte bis zu 1500 μΑ in den hellsten Stellen erreichen, muß aber andererseits in den dunklen Schatten bis zu 0 μΑ herabgehen, also den Strahl vollständig abschalten. Um den Elektronenstrahl in diesem Strombereich zu modulieren, müssen der Modulationselektrode der Elektronenstrahlerzeugungssysteme verhältnismäßig kräftige Bildsignale zugeführt werden. Bei den heutigen Bildröhren ist gewöhnlich ein Spannungsbereich von etwa 50 bis 70 V erforderlich, um die Strahlstromstärke zwischen 0 und 1500 μΑ zu ändern. Diese hohe Steuerspannung wird benötigt wegen der geringen Modulationssteilheit Gm des Elektronenstrahlerzeugungssystems, die als Strahlstromänderung je Volt Spannungsänderung der an die Modulationselektrode angelegten Spannung definiert ist. Die Modulationssteilheit beträgt gewöhnlich nur einige Mikroampere je Volt, liegt also weit unterhalb der Steilheit der gewöhnlichen Rundfunkempfängerröhren.

Das vom Demodulator des üblichen Empfängers abgegebene Bildsignal geringer Amplitude, das gewöhnlich weniger als 5 V von Scheitel zu Scheitel mißt, kann der Bildröhre nicht unmittelbar zugeführt wer-Strahlerzeugungssystem
für Kathodenstrahlröhren

Anmelder:

Westinghou.se Electric Corporation,
East Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. G. Weinhausen, Patentanwalt,
München 22, Widenmayerstr. 46

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 27. Dezember 1957

Eros Atti, Bresseport, Horseheads, N. Y. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

den, sondern muß etwa 25fach verstärkt werden. Dies erfordert einen Bildverstärker, der eine verhältnismäßig hohe Verstärkung im ganzen Frequenzbereich von z. B. 3,5 MHz besitzt. Das Produkt von Verstärkung und Bandbreite beträgt also etwa 25-3,5 = 87,5 MHz. Der Bildverstärker in den gewöhnlichen Fernsehempfängern ist verhältnismäßig kräftig und benötigt einen ziemlichen Aufwand wegen der hohen Ausgangsspannung und der großen Parallelkapazität Q=C₀-I-Q-T-C₅, die insgesamt im Bildröhrensteuerkreis liegt. Sie setzt sich aus der Ausgangskapazität C₀ der Endröhre des Bildverstärkers, der Eingangskapazität C_t- der Kathodenstrahlröhre und der zusätzlichen Schaltkapazität C_s der Verdrahtung, der Fassungen u. dgl. zusammen. Aus diesem Grunde ist ein zuverlässiges Elektronenstrahlerzeugungssystem mit hoher Modulationssteilheit und guter Leistung für Bildröhren mit geringer Strahlsteuerspannung erforderlich.

Der durchschnittliche Wert Gm der Modulationssteilheit bei einem Elektronenstrahlerzeugungssystem für Fernsehbildröhren im Gesamtbereich von 0 bis 1500 μΑ Strahlstrom beträgt nur 20 bis 30 μΑ je Volt und ist damit etwa zwei Größenordnungen geringer als die durchschnittliche Steilheit einer Rundfunkempfängerröhre. Der geringe Wert von Gm, der für alle Elektronenstrahlerzeugungssysteme charakteristisch ist, rührt von den außerordentlich strengen elektronenoptischen Erfordernissen her, die in Strahlerzeugungssystemen erfüllt sein müssen, um scharfe und helle Bilder wiedergeben zu können. Eine hohe Bildschärfe

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kann nur dann erzielt werden, wenn die das Strahlerzeugungssystem verlassenden Elektronen gezwungen werden, auf dem Bildschirm auf einen möglichst kleinen Fleck zu landen. Die Bildhelligkeit kann dagegen nur gesteigert werden, wenn das Strahlerzeugungssystem eine ausreichende Strahlstromstärke in diesen Leuchtfleck leiten kann. Leider widerstreiten sich eine hohe Auflösung und eine hohe Bildhelligkeit, weil der Durchmesser des Leuchtflecks mit der Strahlstromstärke zunimmt.

Die Bemühungen, große Helligkeit und Auflösung zu erzielen, haben zur Entwicklung 'der gegenwärtigen Elektronenstrahlerzeugungssysteme für Fernsehbildröhren geführt, die Strahlerzeugungssysteme mit einer äußerst kleinen emittierenden Fläche der Kathode besitzen. Diese Fläche liegt in der Größenordnung von etwa 0,5 mm², d. h. weniger als 1 bis 5 ^fl/o der gesamten nutzbaren Kathodenfläche in 'dem Elektronenstrahlerzeugungssystem. Dieser Faktor ist in hohem Ausmaß für die geringe Modulationssteilheit der Röhre verantwortlich. Ein weiterer zur Erniedrigung der Modulationssteilheit beitragender Faktor liegt darin, daß das Strahlerzeugungssystem Regelröhrencharakter aufweist,- hauptsächlich deshalb, weil die elektrischen Felder des Systems achsensymmetrisch verlaufen müssen.

Wenn die Modulationssteilheit auf den Quadratzentimeter der ausgenutzten, Kathodenfläche bezogen wird, so steigt der Zahlenwert von Gm um etwa das 200fache, d. h., der obenerwähnte Wert ergibt ein durchschnittliches Gm von 4000 bis 6000 μΑ je Volt je Ouadratzentimeter und kommt damit in die Größenordnung einer guten Empfängerröhre, welche die gleiche Kathodenfläche aufweist. Daraus ergibt sich, daß die Modulationssteilheit der Elektronenröhren nicht allzu weit von dem Höchstwert entfernt liegen dürfte, der mit den jetzt angewandten Mitteln überhaupt erreichbar ist. Jeder Versuch, die Steilheit um einen Faktor 25 zu verbessern, ohne eine erhebliche Änderung der ausgenutzten Kathodenfläche vorzusehen, dürfte sich als fast unlösbare Aufgäbe herausstellen, wie die vielen bisherigen Versuche deutlich zeigen.

Es ist bekannt, eine höhere Steilheit dadurch zu erreichen, daß feine Drähte oder ein Netz über die öffnung des Strahlmodulationsgitters gespannt werden. Der Grundgedanke liegt darin, den Strahl in einzelne schwächere Strahlen von wesentlich geringerer Sperrspannung aufzuteilen. Dieses Verfahren der Parallelschaltung vieler Strahlen mit geringer Sperrspannung ist sehr erfolgreich hinsichtlich der Erhöhung der Steilheit. Leider werden hierdurch jedoch die Auflösungseigenschaften des Elektronenstrahlerzeugungssystems sehr stark beeinträchtigt, weil die axialsymmetrischen Felder, die mit der Modulationsgitteröffnung zusammenwirken, stark verzerrt werden. Die Mittel zur Erhöhung der Modulationssteilheit stören also die Immersionslinse des Strahlerzeugungssystems und verschlechtern die optischen Eigenschaften des Systems. Eine weitere Schwierigkeit liegt in dem sehr geringen erforderlichen Abstand zwischen der Kathode und den Drähten, wenn, wie allgemein üblich, negativ vorgespannte Strahlmodulationselektröden verwendet werden.

Ein vollständig anderer Weg zur Lösung des Pro- 6g blems liegt in der Verwendung einer größeren Kathodenfläche. Der von. einer großen Kathode ausgehende Elektronenstrom wird durch ein enges Netz dünner Drähte gesteuert, die geringen Abstand von der Kathode haben. Der in viele Elektronenstrahlen aufgeteilte Elektronenstrom wird dann auf eine sehr kleine Blende abgebildet, die als punktförmige Elektronenquelle wirkt und die Hauptlinse des Strahlerzeugungssystems mit einem divergenten Elektronenstrahl gesteuerter Intensität versorgt. Die Blende muß so klein sein, daß ihr vergrößertes Bild auf dem Bildschirm mittels Abbildung durch die Hauptlinse noch klein genug ist, um die Anforderungen an das Auflösungsvermögen des Strahlerzeugungssystems zu erfüllen. Das Hauptproblem Hegt hier in der Konzentration des größten Teils des Elektronenstroms auf die winzige Blendenöffnung derart, daß ein übermäßiger Elektronenaufprall auf die diese öffnung enthaltende Elektrode vermieden wird. Dieses Problem zusammen mit der größeren Länge des Elektronenstrahlsystems sind nur zwei der schwachen Punkte dieses Lösungsversuches. Man hat auch versucht, die Steilheit durch Verwendung von Einzellinsen im Strahlerzeugungsund Modulationssystem zu erhöhen, ist aber auch hier nur zu Teilerfolgen gelangt.

Diese Nachteile werden bei einem Strahlerzeugungssystem für Kathodenstrahlröhren, bestehend aus einer Kathode sowie einer Modulationselektrode und einer Beschleunigungsanode, die als koaxial fluchtende Lochblenden ausgebildet sind und zur Erzeugung eines intensitätsmödulierten, >auf den Schirm der Kathodenstrahlröhre gerichteten Elektronenstrahles dienen, dadurch vermieden, daß erfindungsgemäß die Kathode in an sich bekannter Weise nach zwei Seiten emittiert, wobei der eine Teil der Emissionsfläche zur Erzeugung des Elektronenstrahls dient und daß der andere Teil mit einem Steuergitter und einer Anode einen Verstärkerteil bildet, dessen Anode mit der Beschleunigungsanode des Strahlerzeugungssystems elektrisch verbunden ist.

Zwar ist bei einer Kathodenstrahlröhre, die zur Gegentaktverstärkung durch Strahlablenkung dient, eine nach zwei Seiten emittierende Kathode bekannt, aber diese wirkt mit zwei spiegelbildlich gleichen Verstärkungssystemen zusammen, während 'das Wesen der Erfindung gerade darin besteht, daß eine Vorverstärkerröhre und die eigentliche Kathodenstrahlröhre körperlich vereinigt sind.

Durch die beschriebene Einrichtung läßt sich die Modulationssteilheit der Elektronenstrahlröhren ohne Beeinträchtigung ihrer Auflösung oder Helligkeit beträchtlich steigern. Die beiden verschiedenen Aufgaben der Strahlerzeugung und Strahlmodulation sind voneinander getrennt. Die Steuerkennlinie des Strahlerzeugungssystems kann nun ohne Beeinträchtigung der Auflösungs- und Helligkeitskennlinien gewählt werden, wodurch eines der Haupthindernisse der bisherigen Elektronenstrahlerzeugungssysteme mit hoher Modülationsschnellheit überwunden wird.

Das beschriebene Strahlerzeugungssystem hat auch eine sehr geringe Kapazität der Modulationseinrichtung. Hierdurch läßt sich eine große Bandbreite mit geringer Steuerleistung erzielen. Ferner hat das Strahlerzeugungssystem eine geringe Länge, die wesentlich kleiner als diejenige bekannter Strahlerzeugungssysteme mit gleicher elektronenoptischer Leistung ist. Die Anordnung ist leicht herzustellen, zuverlässig und zeigt keine kritischen Betriebsbedingungen.

Weitere Einzelheiten der beschriebenen Einrichtung ergeben sich aus der Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnung. Hierin ist

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Kathodenstrahlröhre mit dem beschriebenen Strahlerzeugungssystem,

Fig. 2 eine Seitenansicht eines Teils des Elektronen-Strahlerzeugungssystems nach Fig. 1 im Schnitt,

Fig. 3 eine Draufsicht der Anordnung nach Fig. 2 im Schnitt,

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Anordnungen nach Fig. 2 und 3 zur Erläuterung der Einrichtung,

Fig. 5 eine geschnittene Seitenansicht einer Abänderung der Anordnung nach Fig. 2,

Fig. 6 eine Draufsicht der Anordnung nach Fig. 5 im Schnitt,

Fig. 7 eine weitere Abänderung der Anordnung nach Fig. 2 von der Seite gesehen im Schnitt und

Fig. 8 eine Draufsicht der Anordnung nach Fig. 7 im Schnitt.

In Fig. 1 ist eine Kathodenstrahlröhre dargestellt, bei welcher die beschriebene Einrichtung angewandt ist. Die Röhre besteht in bekannter Weise aus einem Kolben 12 mit einem rohrförmigen Hals 14, einem trichterförmigen Teil 16 und einem Schirmteil 18. Der Schirmteil trägt auf seiner Innenseite eine Leuchtschicht 20 und gegebenenfalls einen für Elektronen durchlässigen elektrisch leitenden Überzug 22, der auf auf der dem Schirmteil abgekehrten Seite der Leuchtschicht niedergeschlagen ist. Der trichterförmige Teil 16 trägt ebenfalls einen elektrisch leitenden Überzug 24 aus Graphit oder Aluminium, der sich bis in den Halsteil 14 erstreckt.

Innerhalb des Halsteils befindet sich ein Elektronenstrahlerzeugungssystem 30. Dieses besteht grundsätzlieh aus einem Strahlerzeugungs- und Modulationssystem und einer Elektronenoptik mit einer Hauptlinse. Der leitende Überzug 24 auf der Innenseite des trichterförmigen Teils 16 dient als Anode der Kathodenstrahlröhre, die mittels einer Klemme 26 an eine äußere Spannung angeschlossen werden kann.

Das dargestellte Strahlerzeugungssystem arbeitet mit elektrostatischer Fokussierung. Zur Ablenkung dient z. B. ein elektromagnetisches System auf der Außenseite des Halsteils, das durch das Ablenkjoch 28 angedeutet ist. Die Ablenkspule 28 bewirkt die Ablenkung des von dem System 30 erzeugten Strahls, so daß er einen Raster auf dem Schirm 20 abtastet.

Das Strahlerzeugungs- und Modülationssystem des Systems 30 ist in größerem Maßstab in Fig. 2 und 3 dargestellt. Es besteht aus einer indirekt geheizten Kathode 36, einem Modulationsgitter 40 und einer ersten Beschleunigungsanode 46 (Lochblende). Ferner enthält das Strahlerzeugungs- und Modulationssystem eine Verstärkertriode, die aus der indirekt geheizten Kathode 36, einem Steuergitter 50 und einer Anode 56 besteht. Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 und 3 besteht die Lochblende 46 aus einem topfförmigen Metallteil 49, dessen offenes Ende dem Leuchtschirm 20 zugekehrt ist. Das offene Ende kann auch teilweise geschlossen sein. Die geschlossene Seite 45 ist durch eine rechteckige ebene Platte 47 abgeschlossen, in deren Mitte sich ein Loch 48 befindet. Die Blende 47 ist elektrisch leitend und steht senkrecht zur Achse des Strahlerzeugungssystems. Die Lochblende kann natürlich auch nur aus der Platte 47 bestehen, wie es in Fig. 5, 6, 7 und 8 gezeigt ist. Der rohrförmige Teil 49 ist nicht immer erforderlich. Die Elektrode 56 kann U-förmig ausgebildet und an der der Blende 47 bezüglich des rohrförmigen Teils 49 gegenüberliegenden Seite angebracht sein. Die Schenkel der Anode 56 sind mit ihren Enden an der Blende 47 befestigt, so daß sich ein rohrförmiges Gehäuse senkrecht zur Achse des Strahlerzeugungssystems ergibt. Der mittlere Teil des U-förmigen Teils 56 besitzt in der Mitte einen nach innen einspringenden Abschnitt, welcher die eigentliche Anode 57 der Verstärkertriode bildet.

Innerhalb des rohrförmigen Gehäuses, das von der Blende 47 und dem U-förmigen Teil 56 umschlossen wird, ist die Kathode 36 angeordnet. Sie besteht aus einer rohrförmigen Hülse 35 mit rechteckigem Querschnitt, in der sich ein Heizfaden 34 befindet. Die größeren Seitenflächen der Hülse 35 verlaufen parallel zu der Blende 47 und dem aktiven Teil 57 der Anode 56, dessen Fläche etwa derjenigen der gegenüberliegenden Fläche der Hülse 35 entspricht. Diese Hülsenfläche ist mit einem Überzug 39 aus elektronenemittierendem Material überzogen. Ein weiterer Überzug 37 aus elektronenemittierendem Material ist auf der der Lochblende 47 zugekehrten Seite der Hülse 35 angeordnet. Der Überzug 37 fluchtet mit der öffnung 48 der Blende 47 und hat eine größere Fläche als diejenige der benachbarten öffnung 41 des Modulationsgitters 40. Dieses Gitter 40 ist zwischen der Kathode 36 und der Blende 47 angeordnet. Es besteht aus elektrisch leitendem Material. Seine Mittelöffnung 41 fluchtet mit der Achse des Elektronenstrahlerzeugers und dem Loch 48 in der Blende. Auf der dem Modulationsgitter 40 abgewandten Seite der Kathode 36 ist ein in bekannter Weise ausgebildetes ebenes Steuergitter 50 angeordnet, wie es z. B. bei Empfängerröhren verwendet wird. Es kann in Form eines Netzes oder von einem Rahmen getragener paralleler Drähte gestaltet sein. Die verschiedenen Elektroden des Strahlerzeugers werden von Isolierbrücken 68 in bekannter Weise gehalten.

Die Hauptabbildungslinse besteht aus einer ersten Anode 60, die rohrförmig ausgebildet ist, und einer ebenfalls rohrförmigen zweiten Anode 70, die in Achsenrichtung aufeinanderfolgen. Das dem Leuchtschirm zugekehrte Ende des rohrförmigen Teils der ersten Anode ist durch eine Lochblende verschlossen. Das der ersten Anode zugekehrte Ende der zweiten Anode ist ebenfalls mit einer Lochblende versehen. Das dem Leuchtschirm zugekehrte Ende der zweiten Anode ist mit einer Kontaktanordnung zur Verbindung mit dem Überzug 24 und zur Zentrierung des Strahlerzeugungssystems im Röhrenhals versehen. Die beiden Elektroden 60 und 70 sind elektrisch miteinander verbunden.

Eine Fokussierungselektrode 64 von größerem Durchmesser als die rohrförmigen Teile der beiden Anoden 60 und 70 umgibt den Raum zwischen den beiden Anoden und ist koaxial mit denselben. Diese Fokussierungselektrode ist in bekannter Weise aufgebaut. Die Halterung der Elektroden der Elektronenoptik geschieht durch von den Elektroden radial abstehende Verankerungsstifte, die in längs verlaufenden Glasstäben eingebettet sind.

In Fig. 4 ist die Anordnung nach Fig. 2 und 3 zur Erläuterung nochmals schematisch dargestellt. Die Kathode 36 ist mit der Anzapfung 101 einer Spannungsquelle, z. B. einer Batterie 72, verbunden. Die Lochblende 46 und die mechanisch und elektrisch mit ihr verbundene Anode 56 sind gegen die Kathode 36 positiv vorgespannt, indem sie mit einem entsprechenden Punkt 100 der Batterie 72 über einen Lastwiderstand 76 verbunden sind. Das Steuergitter 50 der Triode befindet sich auf einem negativen Potential E_{c t} gegenüber der Kathode 36, indem es an einem Punkt 102 der Batterie 72 angeschlossen ist. Das Modulationsgitter 40 ist über einen Widerstand 82 an einen verschiebbaren Abgriff zwischen 101 und 103· der Batterie 72 angeschlossen und besitzt damit ein veränderliches negatives Potential E_gr Das Gebilde, das die erste Beschleunigungsanode oder Lochblende 46 des

Strahlerzeugungssystems und die Anode 56 der Verstärkerröhre bildet, i'st mit dem Modulationsgitter 40 mittels eines Kopplungskondensators 84 verbunden. Die Kapazität -des Kondensators 84 ist so gewählt, daß im ganzen Frequenzbereich des von einem Fernsehempfänger abgegebenen Bildsignals das Modulationsgitter 40 praktisch bei der gleichen Wechselspannung wie die Lochblende 46 und die Anode 56 arbeitet.

Die Arbeitsweise des Strahlerzeugungs- und Modulationssystems kann wie folgt beschrieben werden: In richtig gebauten Strahlerzeugungssystemen ist der durch das Loch 41 des negativ vorgespannten Modulationsgitters 40 fließende Strahlstrom i im wesentlichen eine Funktion der an das Modulationsgitter 40 und die Lochblende 46 angelegten Spannungen. Die Strahlstromstärke i steigt oder fällt, wenn die an ein oder beide Gitter angelegte Spannung mehr ader weniger positiv wird. Für das beschriebene Elektronenstrahlerzeugungssystem mit hoher Steilheit ist die Spannung V_v der Lochblende 46 identisch mit der Spannung V_p der Anode 46 des Verstärkerteils. Andererseits gilt:

lichen 50 V Spannung zu verwenden. Eine Bildsteuerspannung von der Größenordnung von nur 1 bis 2 V erfordert, daß das Verstärkungssystem des Systems ein Produkt von Verstärkung G mal Bandbreite B von etwa folgendem Wert liefern kann:

G-5=25-3,5 ΜΗζ-50·3,5ΜΗζ=87,5-175 MHz.

Andererseits ist dieses Produkt gegeben durch die ίο Beziehung

_ „ Gm

Hierin ist B_p das zwischen der Kathode 36 und dem Lastwiderstand 76 angelegte Potential; I der Anodenstrom der Triode; i_Q der von der Lochblende 46 aufgefangene Kathodenstrahlstrom.

Die angegebene Beziehung gilt bei allen Frequenzen, bei welchen der Nebenschlußkapazitätseffekt vernachlässigt werden kann. Da der von der Lochblende aufgenommene Strahlstrom i₀ bei den gegenwärtigen Systemen gewöhnlich sehr gering ist, wird zwangläufig die Spannung V_v der Lochblende 46 wesentlich durch den Elektronenstrom I bestimmt, der von der Kathode 36 zur Anode 56 der Triode fließt. V_v sinkt mit zunehmendem Anodenstrom / und umgekehrt. Da / zu- oder abnimmt, je nachdem ob das an das Steuergitter 50 angelegte Signal E₀ mehr oder weniger positiv wird, läßt sich der Strahlstrom i durch die vom Bildsignal E₀ verursachten Anodenspannungsänderungen modulieren, wobei positive Änderungen E_c negative Änderungen des Strahlstroms i bewirken. Um das Hochfrequenzverhalten des Verstärkers zu verbessern, kann eine Induktivität von geeignetem Wert in Reihe mit dem Lastwiderstand 76 verwendet werden.

Die soeben beschriebene Strahlmodulation wird von einer zweiten begleitet, die vom Einfluß der gleichen Anodenspannungsänderungen auf den Strahlstrom i herrühren, welche gleichzeitig dem Modulationsgitter 40 über den Kopplungskondensator 84 zugeführt werden. Wegen des geringeren Abstands dieses Gitters 40 von der Kathode 36 ist die hierdurch hervorgerufene Strahlstrommodulation im allgemeinen wesentlich stärker als diejenige durch die Lochblende 46. Infolge dieser doppelten Modulation wird die Strahlstromänderung i für eine gegebene Spannungsänderung des Steuersignals E_c stark erhöht. Wenn also E_d die Steuerspannungsänderung ist, die bei einem bekannten Strahlerzeugungssystem erforderlich ist, um z. B. eine Änderung des Strahlstroms i von 0 auf 1500 μΑ zu erzeugen, so benötigt das erfindungsgemäße System mit seiner hohen Steilheit eine G-mal geringere Steuerspannungsänderung. G ist der Spannungsgewinn, der von der in das Elektrodensystem eingebauten Verstärkerröhre herrührt. Es kann gezeigt werden, daß der Spannungsgewinn G ungewöhnlich hohe Werte erreichen kann, wodurch es möglich ist, eine Steuerwechselspannung von nur 1 bis 2 V an Stelle der bei bekannten Systemen mit gleicher Leistung erforder-Hierin ist G_m die Steilheit der Verstärkertriode und Cf=C₀H-C₁-I-Cs die obenerwähnte gesamte Parallelkapazität. Die Erreichung der hohen G-5-Werte, die oben angegeben sind, wird nun ganz einfach mit dem beschriebenen System, weil es eine sehr geringe Parallelkapazität C₁ im Vergleich mit der Kapazität C_t der bekannten Strahlerzeugungssysteme aufweist. Bei diesen haben C_t und G_m etwa Werte von 15 pF und 7000 μΑ/V. Hieraus ergibt sich ein Produkt von Verstärkung mal Bandbreite G · B von nur:

G-B =

7000-10-β Α
2-3,14-15-10-¹²F

= 75MHz.

Deshalb sind bei den bekannten Systemen Bildsteuersignale von mehr als 2 V erforderlich. Das beschriebene Elektronenstrahlerzeugungssystem mit hohem G_m hat dagegen eine wesentlich kleinere Parallelkapazität C_t als 15 pF wegen verschiedener Umstände, durch welche diese Kapazität kräftig herabgesetzt wird. Zum Beispiel sind wegen der konstruktiven Vereinigung des Verstärkerteils und des Strahlerzeugerteils die meisten Elektroden dieser beiden Teile gemeinsam oder dienen einem doppelten Zweck. Demzufolge wird eine Verdoppelung der Kapazitäten, die mit diesen Elektroden und ihren Zuleitungen verknüpft sind, weitgehend vermieden. Die Gesamtkapazität C_t infolge der Ausgangskapazität C₀ des Verstärkers und der Eingangskapazität C₁ des Modulationsgitters wird dadurch stark herabgesetzt. Ferner ist es aus dem gleichen Grunde nicht erforderlich, eine lange Verbindungsleitung von der Endstufe des normalerweise erforderlichen Bildverstärkers zum Eingang der Bildröhre zu führen. Überdies benötigt das System nur eine Fassung und eine Sockelverdrahtung anstatt deren zwei wie bei den bebannten Systemen.

Die beiden letzteren Merkmale bewirken eine kräftige Herabsetzung der Schaltkapazität C_s. Es sind Systeme hergestellt worden, bei denen die Steilheit G_m des Verstärkerteils 6000 μΑ/V und die Kapazität C₀-I-C; nur 3 pF betrug. Nimmt man C_s zu 2 pF an, so findet man Ci=C₀H-Q-I-Cs=SpF, und das Produkt von Verstärkung und Bandbreite dieser Systeme bekommt den Wert:

Dieser Wert ist fast dreimal so hoch als der für die bekannten Systeme typische Wert von 75 MHz.

Die geringe Parallelkapazität C_t hat neben der starken Erhöhung des Verstärkungsgewinns weitere günstige Wirkungen. Sie ergibt auch eine starke Herabsetzung in der aufzubringenden Anodenleistung des Verstärkers, die nur einen Bruchteil der bisher erforderlichen Leistung beträgt. In baulicher Hinsicht hat das System der beschriebenen Bauart mit hoher Steilheit und breitem Frequenzband eine erheblich

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ίο

kürzere Länge als die bekannten Systeme mit geringer Steilheit.

Diese Verbesserung wird durch folgende Faktoren erreicht:

1. Der Wehneltzylinder, der etwa 10 bis 13 mm lang ist, wird durch ein ebenes erstes Gitter ersetzt, das nur 0,25 bis 0',50 mm dick ist.

2. Die Kathode ist horizontal und nicht vertikal wie in den bekannten Elektronenstrahlerzeugungssystemen.

3. Der Heizfaden wird von der Seite statt von unten in die Kathode eingeführt. Hierdurch kann der verhältnismäßig große Abstand zwischen dem Strahlerzeugungssystem und dem Glaskolben verringert werden, der bisher erforderlich war, um den Heizfaden in die Kathode einzuführen, nachdem das Strahlerzeugungssystem im Röhrenhals zusammengesetzt worden war.

Beispielsweise ist ein ausgeführtes Strahlerzeugungssystem der beschriebenen Art nur etwa 6,3 mm lang, während das entsprechende System eines bekannten Systems etwa doppelt so lang ist. Hierdurch lassen sich Bildröhren bauen, die etwa 13 mm kürzer sind als die bekannten Bildröhren.

Die Verwendung von Glimmerbrücken 68 zur Halterung und Einhaltung des richtigen Abstands gestattet eine genauere Einhaltung der Abstände der einzelnen Elektroden des Strahlerzeugungssystems als bei den bekannten Systemen, bei denen wegen der veränderlichen Höhe der zylindrischen Kathode einzeln ausgewählte Brücken zwischen Kathode und Modulationsgitter erforderlich sind. Dieser Vorteil rührt davon her, daß die Glimmerbrücken, die zur Befestigung der Kathode, des Modulationsgitters und des Steuergitters an der ersten Beschleunigungsanode des Strahlerzeugungssystems dienen, mit sehr engen Toleranzen gelocht werden können. Demzufolge können Strahlerzeugungssysteme mit verbesserten Leistungen hergestellt werden.

Es ist bisher ein bestimmtes Ausführungsbeispiel beschrieben worden. Andere Ausführungsbeispiele können leicht entworfen werden. Zum Beispiel können mehrere Seiten der Kathode zur Anodenstromerzeugung für den Verstärker herangezogen werden. Hierdurch ergibt sich eine erhöhte Steilheit des Ver-Stärkerteils und auch eine bessere Ausnutzung der vorhandenen Elektroden, Elektrodenkapazitäten und Heizleistungen für die Kathode, wodurch sich die verbesserte Gesamtleistung des Systems ergibt. Ein derartiges hochwirksames Strahlerzeugungssystem ist in Fig. 5 und 6 dargestellt. Der größte Teil der Kathodenfläche 36 an beiden Langseiten und teilweise auch an den Schmalseiten wird für die Verstärkerröhre ausgenutzt, während nur ein kleiner Teil derjenigen Kathodenseite, die dem Loch im Modulationsgitter 40 gegenüberliegt, zur Bildung des Elektronenstrahls i herangezogen wird. Das Modulationsgitter 40 kann mittels einer Isolationsbrücke 90 an der Lochblende 46 befestigt sein. Die Brücke kann z. B. an die Teile 46 und 40 angeklebt sein.

Die Verstärkerröhre in dem Strahlerzeugungssystem kann auch als Tetrode, bei der sich in dem Raum zwischen Anode und Schirmgitter eine Raumladung ausbildet, oder als Pentode in bekannter Weise ausgebildet sein. In Fig. 7 ist z. B. eine Pentode dargestellt, die von der bisher beschriebenen Triode durch Hinzufügung zweier weiterer Gitter 92 und 94 zwischen dem Steuergitter 50 und der Anode 56 abweichen. Die in Fig. 7 und 8 dargestellten Gitter sind sogenannte Rahmengitter, während dasjenige nach Fig. 5 und 6 in bekannter Weise als Wendel aufgebaut ist. Eine Ausbildung der Verstärkerröhre als Tetrode oder Pentode gestattet eine starke Verringerung der Rückkopplung zwischen Ausgang und Eingang eines Verstärkers. Zu den hierdurch erzielten Vorteilen gehört eine höhere Eingangsimpedanz des Strahlerzeugungssystems, die eine starke Verringerung der erforderlichen Eingangsleistung bewirkt.

Das Fanggitter 94 kann unmittelbar mit der Kathode 36 der Verstärkerröhre verbunden sein, während das Schirmgitter 92 über eine getrennte Zuführung herausgeführt sein kann, um es an ein festes Potential anzuschließen. Es könnte z. B. mit dem Punkt 100 der Batterie 72 oder mit einer Zwischenanzapfung zwischen den Stellen 100 und 101 gemäß Fig. 4 verbunden sein.

Wenn der Lastwiderstand 76 sich innerhalb der Bildröhre befindet, so· kann eine gesonderte Zuführung für das Schirmgitter 92 eingespart werden, weil es dann an das äußere Ende des Lastwiderstandes 76 angeschlossen werden kann. Hierdurch wird gleichzeitig die Schaltkapazität verringert. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Lochblende der ersten Beschleunigungsanode 46 unmittelbar in der Verstärkerröhrenanode ausgebildet sein, wie es in Fig. 5 dargestellt ist. Ferner kann das Gitter 40 nicht mittels des Kopplungskondensators 84 mit der Anode 56 des Strahlerzeugungssystems wechselstrommäßig gekoppelt sein, sondern es kann galvanisch mit der Anode 56 verbunden sein, um die Gleichstromkomponente des modulierenden Eingangssignals in der Strahlmodulation beizubehalten.

Claims (6)

PATENTANSPRÜCHE;

1. Strahlerzeugungssystem für Kathodenstrahlröhren, bestehend aus einer Kathode sowie einer Modulationselektrode und einer Beschleunigungsanade, die als koaxial fluchtende Lochblenden ausgebildet sind und zur Erzeugung eines intensitätsmodulierten, auf den Schirm der Kathodenstrahlröhre gerichteten Elektronenstrahles dienen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode (36) in an sich bekannter Weise nach zwei Seiten emittiert, wobei der eine Teil der Emissionsfläche zur Erzeugung des Elektronenstrahls dient und der andere Teil mit einem Steuergitter (50) und einer Anode (56) einen Verstärkerteil bildet, dessen Anode (56) mit der Beschleunigungsanode (46) des Strahlerzeugungssystems elektrisch verbunden ist.

2. Strahlerzeugungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kopplungsglied, z. B. ein Kopplungskondensator (84), zwischen der Modulationselektrode (40) und den Anoden (46, 56) vorgesehen ist, so daß die Modulationselektrode (40) den zwischen den Anoden (46, 56) und der Kathode (36) auftretenden Spannungsschwankungen folgen kann.

3. Strahlerzeugungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Anoden (46, 56) mechanisch miteinander vereinigt sind.

4. Strahlerzeugungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode (36) aus einem rohrförmigen Teil (35) besteht, der sich im wesentlichen senkrecht zur Achse der beiden Lochblenden erstreckt und mit seinen beiden gegenüberliegenden, mit elektronenemittierenden Überzügen (37,39) bedeckten Seiten der

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Modulationselektrode (40) bzw. dem -Steuergitter (50) des "Verstärkerteils zugekehrt ist..

5. Strahlerzeugungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Teil (35) der Kathode einen flachen, rechteckigen Querschnitt aufweist, wobei die beiden längeren Seiten des Querschnitts der Modulationselektrode (40) bzw. dem Steuergitter (50) zugekehrt sind.

6. Strahlerzeugungssystem nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden

mechanisch miteinander vereinigten Anoden als rohrförmiger Teil ausgebildet sind, der sich im wesentlichen senkrecht zur Achse der Lochblenden erstreckt und in dem die Kathode (36) untergebracht ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 561 336; britische Patentschrift Nr. 461 751; USA.-Patentschrift Nr. 2 773 212.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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