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Schaltungsanordnung zur Erzeugung sägezahnförmiger Stromkurven für die trapezförmige Ablenkung von Kathodenstrablen.
Beim Fernsehen werden sowohl auf der Sndr-als auch auf der Empfangsseite in vielen Fällen Kathodenstrahlpn verwendet, die in der Horizontal-und in der Vertikalkoordinate des Fernsehbildes abgelenkt werden. Im allgemeinen handelt es sich dabei um ablenkende Felder, die bei jeder Bildzeile den gleichen Verlauf besitzen müssen. Dies gilt beispielsweise für eine gewöhnliche Braun, che Röhre,
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steht, bzw. seine Mitte von der Achse des Kathodenstrahles, solange dieser nicht abgelenkt wird, senkrecht durchsetzt wird und die Bildzeilen natürlich alle gleich lang erscheinen müssen.
Gemäss dem Stammpatent wird ein Strom von sägezahnförmigem Verlauf, dessen Amplitude konstant ist, mittels einer Schaltung erzeugt, bei welcher die Ablenkspule mit einer Mehrgitterröhre und einer Gleichspannungsquelle einen geschlossenen Stromkreis bildet und bei welcher gleichzeitig die Ablenkspule mit einer weiteren GMchspannungsqueIle, die eine geringere Spannung besitzt, wie die zuerst erwähnte, sowie mit einer Diode einen zweiten geschlossenen Stromkreis bildet.
Wenn jedoch der ebene Leuchtschirm einer Braunschen Röhre zur Röhrenachse geneigt angebracht ist weil er entweder von der Vakuum-oder Kathodenseite her senkrecht betrachtet werden soll oder weil in der
Mittelsenkrechten auf der Vakuumseite ein Objektiv zur Projektion des Leuchtschiimbildes angebracht werden soll, ist es nicht möglich, bei allen Zeilen mit dem gleichen Verlauf des ablenkenden Feldes zu arbeiten. Die einzelnen Bildzdilen auf dem Leuchtschirm müssen nämlich ebenfalls alle die gleiche
Länge besitzen, was sich jedoch nur dadurch erreichen lässt, dass bei der Zeilenablenkung des Kathoden- strahles darauf Rücksicht genommen wird, dass die einzelnen Bildzdilen in verschiedenen Entfernungen von den Ablenkeinrichtungen erscheinen.
Wenn man für jede Z"ile den Kathodenstrahl durch das gleiche Feld, d. h. um den gleichen Winkel ablenken würde, würden die näher an den Ablenkeinrichtungen der Braunschen Röhre liegenden Zeilen zu kurz und die weiter entfernten Zeilen zu lang geschrieben werden. Das Empfangsbild würde also eine Trap2zform aufwei'en. Deshalb ist es notwendig, die
Amplitude der Zeilenablenkung von Zeile zu Zeile derart zu verändern, dass man auf dem schräg stehenden Leuchtschirm wieder eine rechteckige Bildfläche erhält. Das Ablenkfeld, welches die
Ablenkung in der Zeilenrichtung erzeugt, muss also um so stärker sein, je näher der betreffende Leucht- schirmteil an den Ablenkeinrichtungen der Röhre liegt.
Dies bedeutet, dass der Kathodenstrahl auf einer senkrecht zur Achse der Braunschen Röhre liegende Fläche ein trapezförmiges Bildfeld beschreiben würde. Eine trapezförmige Ablenkung in dem erläuterten Sinne ist ausserdem beispielsweise für
Kathodenstrahl-Bildabtaster notwendig, bei denen der abzutastende Schirm ebenfalls schräg zur
Achse des Abtaststrahlrohres angeordnet ist. Ferner kann eine trapezförmige Strahlablenkung aber auch noch für ausserhalb des Fernsehen liegende Anwendungsgebiete von Nutzen sein.
Die Erfindung bezieht sich darauf, die für die trapezförmige Ablenkung mittels Spulen (im
Gegensatz zur Plattenablenkung) notwendigen Sigezahnstromkurven zu erzeugen. Gemäss der
Erfindung soll dies dadurch geschehen, dass in der Schaltung gemäss dem Stammpatent in dem ge-
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verfahren von Zeilenserienfrequenz), die jedoch für jede kurze Flanke unterbrochen wird.
Eine Reihe von Ausführungsformen, welche gleichzeitig noch weitere, innerhalb des erwähnten
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5schematischen Darstellungen der Zeichnung beschrieben.
Bevor auf diese Ausführungsformen des Erfindungsgedankens eingegangen wird, soll an Hand der Fig. 1 nochmals der Inhalt des Stammpatentes erläutert werden, d. h. die Herstellung der Strom- kurven für die Zeilenablenkung unter der Voraussetzung, dass die Amplitude des Sägezahnstromes für jede Zeile gleich gross sein soll, d. h. unter der Voraussetzung, dass auf einem Schirm, der senkrecht zur Achse des Kathodenstrahlrohres steht, eine rechteckige Fläche abgetastet werden soll.
In Fig. 1 bedeuten 10 eine Mehrgitterröhre, d. h. eine Röhre von hohem bzw. sogar-worauf
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11 eine Ablenkspule, 12 einen Gleichrichter und 13, 14 Gleichspannungsquellen. Zur Erläuterung der Wirkungsweise dieser Einrichtung sei angenommen, dass die Röhre 10 während der Zeilendauer stromdurchlässig sein möge und während der Zeilenpaue keinen Strom führen soll. An das Steuergitter der Röhre 10 ist zu diesem Zweck während jeder Zeilenpause ein negativer Impuls 15 zu legen, während innerhalb der Zeilendauer eine positive (bzw. weniger negative) Gitterspannung 76 vorhanden sein muss.
Es sei ferner angenommen, dass im Zeitpunkte t1 in Fig. 2, in dem die Röhre 10 strom- durchlässig ist, durch die Ablenkspule 77 ein Strom von der Grösse i1 fliessen möge, während ein
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unterbrochen. Die Ablenkspule 11 führt dann eine freie Halbschwingung aus : innerhalb deren der Strom i2 sich bis auf den Wert i3 verändert.
Kurz nach dem Zeitpunkte t3, in welchem der Stromwert i3 erreicht wird, bildet sieh an der Spule 11 eine Spannung aus, welche die entgegengesetzte Richtung in bezug auf den Gleichrichter 12 und einen grösseren Betrag besitzt wie die Spannungquelle 13, so dass der Gleichrichter 12 wieder stromdurehlässig wird. Von nun an liegt an der Drosselspule 11 über den Gleichrichter 12 wieder die Spannung 13, so dass der Strom durch die Drosselspule sich wieder mit einer Steilheit, deren Grösse von der Höhe der Spannung 1. 3 abhängt, ändern muss.
Ausserdem wird kurz nach dem Zeitpunkte t3 die Röhre 10 wieder stromdurehlässig gemacht, so dass
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über den Gleichrichter ist während der langen Flanke der Sägezahnkurve durch die Ordinaten der in Fig. 2 schraffierten Fläche gegeben. Dieser Strom ist-wie mit Rücksicht auf die im folgenden zu beschreibende Erfindung festgehalten werden soll-unabhängig von der Steilheit der langen Flanken, so lange t'2 kleiner ist als Ja-An der in Fig. 1 dargestellten Schaltung ist für die im folgenden zu erläuternde Erfindung ausserdem besonders bemerkenswert, dass die Tangente des Stromanstiegs in der Ablenkspule 11 lediglich von der Höhe der Spannung 13 abhängt.
Die Herstellung von sägezahnförmigen Stromkurven von zeitproportional veränderlicher Amplitude, wie sie für die trapezförmige Ablenkung erforderlich ist, läuft also darauf hinaus, dass man für eine Änderung der Spannung 13, die jedoch stets gleiches Vorzeichen behalten muss, im Rhythmus der gewünschten Trapezperiode sorgt. Wenn diese Spannung 1. 3 nämlich bei der Herstellung eines einzigen Stromsägezahnes nach Fig. 2 grösser oder kleiner ist als bei der Herstellung des vorhergehenden, so muss auch während der betreffenden Zeile die Tangente an die Stromkurve und somit die Sägezahnamplitude grösser bzw. kleiner sein als während der vorhergehenden Zeile.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird die mit der gewünschten Trapezperiode sägezalmartig verlaufende Spannung durch die Gleichspannungsquelle 73 und eine damit in Reihe liegende Wechselspannungsquelle von Sägezahnkurvenform gebildet. Diese Wcelisel-
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eingegangen zu werden braucht. Wenn die vom Transformator 17 gelieferte Spannung den in Fig. 4 durch Z dargestellten Verlauf hat, wird ein Trapez nach Fig. 5 geschrieben, d.} l. die Grösse der Zeilenablenkung nimmt innerhalb der Trapezdauer zu.
Wenn man, was durch entsprechende Polung der Sekundärwicklung des Transformators 17 oder durch entsprechende Wahl in der Richtung seines Primärstromes ohne weiteres möglich ist, für einen Verlauf der Sägezahnspannung gemäss der Kurve Z' sorgt, wird ein Trapez nach Fig. 6 geschrieben, d. Ii. die Länge der Zeilen nimmt während der Trapezdauer ab.
Bei den im folgenden zu beschreibenden Ausführungsbeispielen wird zur Erzeugung der Sägezahnspannung ein Kondensator während der Trapezdauer mit einem konstanten Strom von umgekehrter Richtung geladen als während der Trapezpause.
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Eine Gleichspannungsquelle 20 liegt mit dem Kondensatorwiderstandsglied 18, 19 und dem Gleichrichter in Reihe. Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Einrichtung nach Fig. 7 soll auf die Darstellung in Fig. 8 Bezug genommen werden. In dieser ist die Spannung 20 mit UAO und mit J. R
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Steuergitter der Röhre 10 dauernd die in Fig. 1 dargestellte Steuergitterspannung einwirken würde.
Auf das Steuergitter der Röhre 10 wirken aber ausserdem noch während der Trapezpause negative Spannungsimpulse, durch welche, wie gleich zu erläutern sein wird, zwischen den Punkten A und B eine sägezahnartige Spannung stets gleichen Vorzeichens hervorgerufen wird. Die kurzen negativen Impulse 15 (Fig. 1) können für die folgende Betrachtung ausser acht gelassen und demnach angenommen werden, dass die Röhre 10 während der ganzen Trapezdauer stromdurchlässig sei. Die Spannung JR entspricht demjenigen Ladungszustand des Kondensators, bei dem der ganze Gleichrichterstrom über den Widerstand R fliesst und die Kondensatorladung konstant geworden ist. Es sei angenommen,
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vorhanden sein möge, der kleiner ist als der Spannungsabfall J. R, und dass die Röhre 10 stromdurchlässig sein möge.
Der über den Gleichrichter 12 fliessende Strom verzweigt sich am Punkte C, lädt teilweise den Kondensator 18 und geht zum andern Teil über den Widerstand 19. Wenn an der Röhre 10 kein negativer Impuls entsprechend dem in der Trapezpause vorhandenen auftreten würde, würde schliesslich der Kondensator 18 vollkommen auf die Spannung J. Raufgeladensein und am Punkte 0 würde infolgedessen keine Stromverzweigung mehr stattfinden, sondern der ganze Strom J über den Widerstand R fliessen.
Durch geeignete Bemessung der Zeitkonstanten des Widerstand-Kondensatorgliedes 18, 19 kann man jedoch erreichen, dass dieser Zustand erst nach einem Mehrfachen der Trapezdauer erreicht wird, so dass also von t5 bis 1"dem Beginn der nächsten Trapezpause, noch eine Ladungs- änderung am Kondensator 18 und damit eine Änderung des Spannungsabfalles am Widerstand 19 stattfindet. Die Ladungsänderung geht nach einer e-Funktion vor sich, wenn man, wie oben bereits
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Transformator 23 ein positiver Spannungsimpuls an das Steuergitter der Röhre 21 gelangt. Die Röhre 21 wird stromdurchlässig und führt bis zum Zeitpunkt t, (dem Beginn der nächsten Trapezdauer) einen konstanten Strom. Die Spannung am Kondensator nimmt also während der Trapezpause ab.
Im Zeitpunkt t7 wird die Röhre 10 wieder geöffnet und die Röhre 21 wieder geschlossen, so dass ein neuer Ladevorgang für den Kondensator 18 einsetzt. In Fig. llb ist der zugehörige Stromverlauf dargestellt. Mit io ist der Strom im Gleichrichter 12 bezeichnet, der, wie gesagt, auch während der Trapezpause fliesst. Dieser Strom io lädt während derjenigen Zeit, in der die Röhre 21 gesperrt ist,
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führung muss man aus diesem Grunde verhältnismässig grosse Schirmgitterröhren verwenden. Man kann diesen Nachteil vermeiden und mit Schirmgitterröhren geringerer Grösse auskommen, wenn man die Röhre 21 nicht nur in der Trapezpause Strom führen lässt, sondern sie auch während der Trapezdauer nicht vollständig sperrt.
Die Schaltungsanordnung unterscheidet sich nur dadurch von der nach Fig. 9, dass die Vorspannung der Röhre 21 weniger negativ oder Null ist. Dieser letztere Fall ist in Fig. 12 dargestellt. Der Strom io geht dann während der Trapezdauer nur zum Teil über den Kondensator 18, so dass dieser bei gleicher Spannungsänderung innerhalb der Trapezdauer eine kleinere Kapazität erhalten kann. Infolgedessen ist auch während der Trapezpause nur eine kleinere Ladungs- menge abzuführen und somit nur eine kleinere Röhre 21 nötig. Der Spannungsverlauf ist derselbe wie in Fig. Ha, der Stromverlauf ist in Fig. 13 veranschaulicht. Der Strom io fliesst dauernd, ebenso der Ladestrom ic für den Kondensator.
Die Differenz is zwischen io und ic fliesst über die Röhre 21.
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sich in der Trapezpause über die Röhre 21. Dieser Entladestrom fliesst auch während der Trapezdauer über die Röhre 21, die Kondensatorladung nimmt jedoch wegen des über die Röhre 24 fliessenden
Stromes nur während der Trapezpause ab. Ausserdem fliesst über die Röhre 21 der konstante Gleichrichterstrom io. Bei dieser Anordnung wird ein Trapez gemäss Fig. 5 erzeugt.
Bei sämtlichen bisher beschriebenen Ausführungsformen war vorausgesetzt, dass der Kondensatorstrom ic während der Trapezdauer konstant sei. Diese Voraussetzung ist wegen des endlichen, wenn auch grossen Widerstandes der Röhren für die Anodenwechselströme nicht streng erfüllt. Man kann jedoch gemäss der weiteren Erfindung eine Konstanz des Kondensatorstromes, d. h. eine Vergrösserung der Zeitkonstante des Spannungsverlaufes am Kondensator während der Trapezdauer dadurch erreichen, dass man eine der Röhren, welche die Zeitkonstante bestimmen. gegenphasig zu ihrer Anodenwechselspannung steuert.
Dies soll im folgenden lediglich an Hand der in Fig. 14 dargestellten Ausführungsform erläutert werden.
Der Strom t in Fig. 15b steigt bei konstanter Spannung am Steuergitter der Röhre 10, wie in Fig. 17 dargestellt, etwa nach der Geraden 1"0 an, da die Ladung des Kondensators 18 sich während der Trapezdauer vermindert. Dies führt zu einer Abnahme des Stromes über die Röhre 21, also zu einem Strom, wie er mit is bezeichnet ist. Der Kondensatorstrom verläuft also während der Trapezdauer nach der Geraden 'eux Ein zeitlich konstanter Kondensatorstrom lässt sich nur erzeugen, wenn man für einen Verlauf des über den GleichriehterfliessendenStromes nach der Geradeni"'o inFig. 18sorgt. Unter Berücksichtigung des Abnehmens von iS kann dann ic den gewünschten konstanten Verlauf in der Trapezpause annehmen.
Eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer im Verlauf der Trapezdauer abnehmenden Spannung am Schirmgitter der Röhre 10 ist in Fig. 19 dargestellt. Das Schirmgitter der Röhre 10 ist über einen Kopplungskondensator 25 an die Anode einer Triode 26 angeschlossen, in deren Anodenkreis ein Widerstand 27 liegt und deren Anodenspannung ebenfalls von der Anodenspannungsquelle 14 der Schirmgitterröhre 10 geliefert wird. Dem Steuergitter der Triode 26 wird eine Sägezahnspannung der Trapezfrequenz mit langsamem Anstieg und schnellem Abfall über einen Kopplungskondensator 28 zugeführt. Das Steuergitter der Triode 26 liegt dabei an dem Abgriffspunkt eines Potentiometers 29.
Die an der Anode der Triode 26 auftretende Anodenwechselspannung ist gegenphasig zu der Gitterwechselspannung dieser Röhre und es wird daher die Sehirmgitterspannung, deren Gleiehspannungs- anteil durch geeignete Einstellung des Potentiometers 30 geregelt wird, im Verlauf jeder Trapezdauer so vermindert, dass der Stromverlauf i" 0 gemäss dem in Fig. 18 dargestellten auftritt.
Statt die Röhre 10 gemäss Fig. 19 zu steuern, kann man auch den Wechselspanmmgsverlauf am Kondensator 18 durch kapazitive Ankopplung für die Steuerung verwenden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Sägezahnstromkurven für trapezförmige Ablenkung von Kathodenstrahlen, insbesondere beim Fernsehen, dadurch gekennzeichnet, dass an der nach Patent Nr. 151218 geschalteten Ablenkspule (11) in Reihe mit einer Diode (12) eine während der langen Flanken der Sägezahnstromkurven mit der gewünschten Trapezperiode ihrerseits sägezahnartig verlaufende Spannung stets gleichen Vorzeichens liegt, die jedoch für jede kurze Flanke unterbrochen wird.