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Anordnung zur magnetischen Ablenkung eines Kathodenstral Ms.
Die Erfindung betrifft Massnahmen zur Verhinderung der Stromkurvenverzerrung, welche bei mit magnetischer Koordinatensteuerung arbeitenden Kathodenstrahlröhren durch die Induktivität der Ablenkspulen verursacht wird. Die Erfindung kommt in erster Linie den Kathodenstrahlfernsehern zugute, hat jedoch auch für Kathodenstrahl-Oszillographen Bedeutung.
Beim Fernsehen erfolgt die Abtastung des Bildschirmes in der Weise, dass der Kathodenstrahl mit einer gewissen konstanten Geschwindigkeit eine Zeile beschreibt und dann mit grösserer Geschwindigkeit zum Anfangspunkt der folgenden Zeile zurückgeführt wird. Die Ablenkung geschieht durch elektrisehe oder magnetische Felder. Letztere haben den Vorteil, dass sie den Einbau besonderer Ablenkelektroden in das Entladungsgefäss entbehrlich machen. Die Magnetfelder werden durch Ablenkspulen erzeugt, welche ausserhalb der Röhre angeordnet sind und von Strömen durchflossen werden, deren zeitlicher Verlauf dem Ablenkvorgang entspricht. Man hat jedoch die magnetische Ablenkung bisher wegen der durch die Induktivität der Magnetspulen verursachten Verzerrungen wenig beachtet.
Zur Erzeugung des Ablenkstromes, sowohl für die Zeilenbewegung als auch den Zeilenvorschub ist beispielsweise die in der Fig. 1 wiedergegebene Schaltung geeignet. Der Kondensator C wird von der Spannungsquelle E über einen Widerstand TV aufgeladen, wobei die Röhre R verriegelt ist. Die Kondensatorspannung steigt im ersten Teil der Ladekurve-und nur diese wird praktisch benutzt-proportional mit der Zeit an. Durch einen z. B. vom Sender her übertragenen und dem Gitter der Röhre Ri zugeführten Spannungsstoss wird die Röhre leitend und der Kondensator C plötzlich entladen. Kurz darauf ist die Röhre wieder gesperrt und die Aufladung beginnt von neuem.
Die Kondensatorspannung wird an das Gitter der zweiten Röhre R2 angelegt und deren Anodenstrom, dessen Verlauf unter Voraussetzung einer amplitudengetreuen Verstärkung genau dem An-und Abstieg der Kondensatorspannung entsprechen würde, durch die Ablenkspulen Sp geschickt. Auf die beschriebene Weise entsteht ein Strom, welcher zunächst langsam ansteigt und dann plötzlich abfällt, (vgl. Fig. 2 a) ; eine derartige Stromkurvenform soll in der Folge als Sägezahn erster Art" bezeichnet werden. Es ist auch möglich, einen umgekehrten Verlauf zu erzielen, gemäss welchem der Strom rasch ansteigt und langsam abfällt (vgl.
Fig. 2 b) ; diese Kurvenform wird als Sägezahn zweiter Art"bezeichnet. Man erhält sie beispielsweise dadurch, dass ein Kondensator stossweise aufgeladen wird und seine Ladung über einen Widerstand langsam wieder abgibt.
Wenn man den zeitlichen Verlauf des durch die Spule Sp fliessenden Stromes genau aufnimmt, so findet man, dass dieser selbst dann nicht die in den Fig. 2 a und b gezeigte Zeitabhängigkeit aufweist, wenn dies hinsichtlich der Kondensatorspannung der Fall ist, sondern vielmehr die in den Fig. 2 c und 2 d dargestellte Gesetzmässigkeit befolgt. Die Ursache hiefür bildet die Induktivität der Ablenkspule Sp. Diese verhindert im ersten Falle (Fig. 2 e), dass der Spulenstrom auf Null absinkt, und im zweiten Falle (Fig. 2 d), dass er den Spitzenwert erreicht. Die gewünschte Sägezahnform geht also dadurch verloren und die Ablenkung des Kathodenstrahles erfolgt nicht mehr völlig zeitproportional.
Bei der Abtastung eines Fernsehbildes ergibt sieh je nachdem, welche Sägezahnform verwendet wird, an der oberen oder unteren bzw. linken oder rechten Bildkante eine Zusammendrängung der Strahlspuren, welche nicht nur eine ungleichmässige Helligkeitsverteilung, sondern auch eine Verzerrung der Konturen, also eine unerträglich Entstellung des Bildes zur Folge hat.
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Erfindungsgemäss wird der den Ablenkspulen zugeführte Strom in einem solchen Sinne und Ausmass verzerrt, dass der Einfluss der Spuleninduktivität wieder den gewünschten zeitproportionalen Stromverlauf herstellt. Die Verzerrung wird durch die Verwendung von Röhren mit passend gewählten Kennlinien erreicht. Im besonderen wird für eine Sägezahnkurve erster Art (flacher Anstieg und steiler Abfall) eine den Spulenstrom liefernde Röhre verwendet, deren Kennlinie im Aussteuerbereich einen negativen 2. Differentialquotienten besitzt, während die Sägezahnform zweiter Art (steiler Anstieg und flacher Abfall) eine Kennlinie mit positivem 2. Differentialquotienten erfordert.
Ein besserer Einblick in die sich abspielenden Vorgänge ist an Hand der weiteren Figuren möglich.
Man kann die nichtlinearen Röhrenkennlinien (Anodenstrom als Funktion der Gitterspannung) in zwei verschiedene Gruppen einteilen : Kennlinien bzw. Abschnitte von Kennlinien, welche gegen die Gitterspannungsaehse konvex sind (2. Differentialquotient ist positiv, vgl. Fig. 4 a), und Kennlinien, welche gegen die Gitterspannungsachse konkav sind (2. Differentialquotient ist negativ, vgl. Fig. 4 b). Der erste Typus ist die natürliche Form des unteren Knicks aller Charakteristiken ; dieser Verlauf kann durch geeignete Durchgriffsbemessung (veränderlicher Durchgriff längs der Kathode) über einen grossen Teil der Entladungskennlinie ausgedehnt werden. Die zweite Form liegt beim oberen Knick der Kennlinie vor. Sie kann jedoch auch in allen mit Stromverteilungssteuerung arbeitenden Röhren erzeugt werden.
Darunter versteht man Röhren, bei denen sich eine negative Steuerelektrode zwischen zwei positiven Elektroden befindet und nach Massgabe ihrer Spannung die Verteilung des Stromes auf die beiden positiven Elektroden regelt ; insbesondere gehören die Raumladegitter aller Art, beispielsweise Pentoden, deren Fanggitter gesteuert wird, in diese Kategorie.
Eine entsprechende Schaltung ist in Fig. 3 angedeutet. Die Röhre R2 möge zwei Gitterelektroden enthalten, von welchen die innere, der Kathode benachbarte, auf einem positiven Potential gehalten wird, während der äusseren die sägezahnförmige Steuerspannung zugeführt wird. Das erste Gitter ist zweckmässig über einen passenden Widerstand mit der Spannungsquelle verbunden, welcher einerseits zur Spannungsherabsetzung dient und anderseits, vermöge des an ihm entstehenden Spannungsabfalls, einen gewissen Steuereffekt ausübt.
Es ist nun durchaus nicht einerlei, welchen Kennlinientyp man mit einer bestimmten Sägezahnform kombiniert. Man erkennt dies am einfachsten aus dem Vergleich der Fig. 4 a und 4 b bzw. Fig. 5 a und 5 b, wobei gleich bemerkt sei, dass die Fig. 4 a und 4 b die falsche und die Fig. 5 a und 5 b die richtige Zuordnung darstellen. In Fig. 4 a hat die Gitterspannung e = f ( < ) die Form eines Sägezahnes erster Art (entsprechend Fig. 2 a), während die Röhrenkennlinie dem ersten Typ (positiver zweiter Differentialquotient) angehört. Man weiss aus Erfahrung, dass diese Sägezahnform leichter herzustellen ist als die zweite, und dass auch diese Kennlinienform am häufigsten anzutreffen ist. Wie eine Betrachtung der Anodenstromkurve = tp (t) (vgl.
Fig. 4 a rechts) in überzeugender Weise dartut, wäre diese Kombination, an die man aus Bequemlichkeitsgründen zuerst denken würde, völlig unbrauchbar, denn die Anodenstromkurve weist genau dieselben Verzerrungen auf, welche später durch die Induktivität der Ablenkspulen noch mehr verstärkt werden (vgl. Fig. 2 c). Es tritt also keine Kompensation, sondern sogar noch eine Vermehrung der Verzerrungen auf. Dasselbe wäre der Fall, wenn man gemäss Fig. 4 b eine Gitterspannung von der Form eines Sägezahnes zweiter Art einer Röhre mit negativem zweiten Differentialquotienten zuführen wollte. Man erkennt wieder aus der sich dabei ergebenden Anodenstromkurve, dass die entstehenden Verzerrungen gleicher Art sind, wie sie durch die Spuleninduktivität entstehen (vgl. Fig. 2 d).
Daraus ergibt sich die zum Ausdruck gebrachte Lehre, dass Sägezahnkurven erster Art mit im
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die Gitterspannungsachse konkaven Röhrenkennlinien zu kombinieren sind. Aus den Fig. 5 a und 5 b ist die Richtigkeit dieses Vorganges ohne weiteres abzulesen. Im Falle der Fig. 5 a wird eine Sägezahnkurve zweiter Art vorausgesetzt. Die Anodenstromkurve hat einen kettenlinienförmigen Verlauf und setzt sich aus nach unten konvexen Abschnitten zusammen. Wenn diese mit den gemäss Fig. 2 d durch die Spuleninduktivität verursachten Verzerrungen kombiniert werden, so ergibt sich wieder die unver- fälschte Sägezalinform von Fig. 2 b. Sinngemäss erhält man durch Vereinigung der in Fig. 5 b dargestellten Anodenstromform mit der Verzerrungskurve nach Fig. 2 c den unverzerrten Sägezahn erster Art (vgl. Fig. 2 a).
Die beiden Kombinationen sind hinsichtlich ihrer entzerrenden Wirkungen gleichwertig.
Ob man sich für die eine oder andere Art entscheidet, hängt lediglich von praktischen Gesichtspunkten ab.
Im allgemeinen lässt sich, wie bereits bemerkt, eine Sägezahnform erster Art (Fig. 2 a) leichter herstellen.
Da auch die in diesem Falle erforderliche Kennlinie gemäss Fig. 5 b ohne Schwierigkeiten zu erhalten ist (z. B. durch Verwendung von Mehrgitterröhren mit Stromverteilungssteuerung), dürfte diese Anordnung bevorzugt werden.
Die vorbeschriebenen Massnahmen haben noch einen weiteren Vorteil, welcher in der Unter- drückung von Einschwingvorgängen besteht. Der Zeilenanstieg bzw.-abfall der Stromkurve ruft in der Ablenkspule Einschwingvorgänge hervor, die naturgemäss zu einer Verzeiehnung des Bildrasters führen. Der Verlauf derartiger Ausgleichssehwingungen ist in Fig. 6 für einen Sägezahn zweiter Art angedeutet. In Fig. 4 a und 4 b fallen die kritischen Strom- bzw. Spannungsspitzen mit Arbeitspunkten
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kleiner Steilheit, also mit grossem innerem Widerstand der Röhre, zusammen, wodurch die Einschwingvorgänge begünstigt werden.
Dagegen entspricht bei den als richtig erkannten Kombinationen gemäss Fig. a a und 5 b den kritischen Stellen der Sägezahnkurve jeweils die steilste Stelle der Kennlinie, also der kleinste Innenwiderstand.
Die Erfindung ist von besonderer Bedeutung, wenn eine Kathodenstrahlröhre als Fernbildempfänger mit einem senderseitigen Bildzerleger zusammenarbeitet, dessen Abtastgesehwindigkeit völlig konstant ist (z. B. Lochseheibenzerleger). Sie ist jedoch auch dann von Nutzen, wenn auf der Senderseite eine in gleicher Weise arbeitende Kathodenstrahlröhre vorhanden ist, weil es ja nicht nur auf eine synchrone Verteilung ankommt, sondern auch auf eine gleichmässige Verteilung der Bildzeilen über die Bildfläche.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Anordnung zur magnetischen Ablenkung des Kathodenstrahls, insbesondere für Fernsehgeräte, unter Verwendung von vom Anodenwechselstrom einer Röhre, deren Gitter sägezahnförmige Weehselspannungen zugeführt werden, durchflossenen Ablenkspulen, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Sägezahnform mit steilem Anstieg und flachem Abfall eine Röhre, deren Kennlinie im Aussteuerbereich einen positiven zweiten Differentialquotienten besitzt, und für eine Sägezahnform mit flachem Anstieg und steilem Abfall eine Röhre, deren Kennlinie im Anssteuerbereieh einen negativen zweiten Differentialquotienten aufweist, verwendet wird.