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Schaltungsanordnung zum Erzeugen eines Sägezahnstroms in einer Spule und einer Gleichspannung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen eines Sägezahnstroms in einer Spule und einer Gleichspannung mittels eines Verstärkerelements, dem ein Signal zugeführt wird, das dieses Element periodisch entsperrt, wobei der Ausgangskreis einen Transformator enthält, dessen eines Ende der Primärwicklung, mit der die Spule gekoppelt ist, gegebenenfalls über einen Kondensator mit einer Klemme einer Speisespannungsquelle verbunden ist, deren andere Klemme mit dem Verstärkerelement verbunden ist,
während das andere Ende der Primärwicklung mit der Ausgangsklemme des Verstärkerelements verbundenistund wobei die über dieser Primärwicklungwährend desRückschlags des Sägezahnstroms auftretenden Impulse nach Hochtransformierung mittels der Sekundärwicklung des Transformators gleichgerichtet werden.
Solche Schaltungsanordnungen werden unter anderem in Fernsehempfängern verwendet, in denen der die Spule durchfliessende Sägezahnstrom ein Feld erzeugt, das in der Wiedergaberöhre das Elektronenbün- del in der horizontalen Richtung ablenkt, während die gleichgerichtete Spannung der Endanode der Wiedergaberöhre zugeführt wird.
Treten nun z. B. infolge Stromänderungen in der Wiedergaberöhre Änderungen auf, so ändert sich nicht nur die gleichgerichtete Spannung zur Speisung der Endanode der Wiedergaberöhre, sondern auch der Strom durch die Ablenkspule, da diese beiden Grössen sich gegenseitig über den Transformator beeinflussen.
Es sind zahlreiche Schaltungsanordnungen bekannt, die darauf gerichtet waren, durch Gegenkopplung entweder den Ablenkstrom weitgehendst konstant zu halten, wobei jedoch infolge der stets in einem Transformator auftretenden Streuinduktanz die Spannung für die Endanode variierte, oder die Änderungen der Hochspannung auf ein Mindestmass herabzusetzen, wobei jedoch aus demselben Grunde wie vorstehend erwähnt der Ablenkstrom nicht konstant blieb.
Es soll jedoch eine feste Beziehung zwischen Ablenkstrom und Hochspannung vorliegen, wenn man eine konstante Ablenkung des Elektronenbündels zu erzielen wünscht. Ändert sich eine der beiden Grössen, so ändert sich auch die Ablenkung, so dass, wenn nur eine der beiden Grössen konstant gehalten wird, bei der erwähnten Änderung des Belastungsstroms auch die Abmessungen des Bildes sich ändern werden.
Der Schaltungsanordnung nach der Erfindung liegt nun die Erkenntnis zugrunde, dass, da es unmöglich ist, gleichzeitig sowohl den Ablenkstrom als auch die Spannung zur Speisung der Endanode der Wiedergaberöhre konstant zu halten, es erwünscht ist, beide sich derart ändern zu lassen, dass trotz Änderungen der beiden erwähnten Grössen sowohl vor als auch nach der Änderung eine eindeutige Beziehung zwischen den beiden beibehalten wird.
Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung hat dazu das Merkmal, dass Einrichtungen vorgesehen sind, die bei auftretenden Änderungen elektrischer Grössen, insbesondere der Belastung der erzeugten Gleichspannung, die Amplitude des Sägezahnstroms und die erzeugte Gleichspannung derart mitändern lassen, dass innerhalb des Arbeitsbereichs die relative Änderung der erwähnten Amplitude etwa die Hälfte der relativen Änderung der erwähnten Gleichspannung beträgt.
Einige mögliche Ausführungsformen der Schaltungsanordnung nach der Erfindung werden an Hand der Zeichnung erläutert.
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Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung, bei der der vorgesehene Gegenkopplungskreis die Änderungen des Ablenkstroms nur teilweise ausgleicht. Die Fig. 2 und 3 dienen zur Erläuterung und die Fig. 4 und 5 zeigen weitere Ausführungsformen der Schaltungsanordnung nach der Erfindung.
Nach Fig. 1 wird eine Steuerspannung 2 über einen Kondensator 3 und einen Ableitwiderstand 4 dem Steuergitter 5 einer Röhre 1 zugeführt, die durch diese Steuerspannung periodisch entsperrt wird. Die Röhre 1 ist die Ausgangsröhre der Horizontal-Ablenkschaltung und der von Röhre 1 gelieferte Anodenstrom durchfliesst die Primätwicklung des Transformators 8 und mit Hilfe der Reihenspardiode 6 erzeugt er in der Spule 10 einen Sägezahnstrom mit der Amplitude Idh. Das untere Ende der Primärwicklung ist über den zum Reihenspardiodenkreis gehörenden Kondensator 7 mit der Plusklemme einer nicht dargestellten Spannungsquelle verbunden, deren Minusklemme geerdet ist und die eine Spannung Vb liefert. Die Anode der Diode 6 ist auch mit der Plusklemme dieser Spannungsquelle verbunden.
Die während des Rückschlag des Sägezahnstroms über der Primärwicklung des Transformators 8 erzeugten Impulse werden über die Sekundärwicklung hochtransformiert und von dem Gleichrichter 9 gleichgerichtet, so dass nach Glättung eine Gleichspannung Vh erhalten wird, die zur Speisung der Endanode der Wiedergaberöhre verwendet wird.
Die Spule 10 umgibt den Hals der nicht dargestellten Wiedergaberöhre und der die Spule 10 durchfliessende Strom erzeugt ein magnetisches Feld, das den Elektronenstrahl in der horizontalen Richtung ablenkt.
Bei einem bestimmten Ablenkgrad d des Elektronenstrahls auf dem Schirm der Wiedergaberöhre muss bei einer Spannung Vh der Ablenkstrom im allgemeinen die Bedingung :
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erfüllen, wobei id den Augenblickswert des Sägezahnstroms, Vh die Beschleunigungsspannung der Elektronen und K eine Proportionalitätskonstante bezeichnen, welche Konstante von dem Ablenkgrad d und von den Röhrenkonstanten abhängig ist. Einfachheitshalber wird nachstehend eine Amplitude Id des Sägezahnstroms angenommen, die eine Gesamtablenkung D des Elektronenstrahls auf dem Schirm zur Folge hat. Während Id die Amplitude des Stroms bezeichnet, bezeichnet Dv die halbe Höhe des Bildes, wenn Id. die Amplitude des Stroms durch die Vertikal-Ablenkspule ist, und bezeichnet Dh die halbe Breite des Bildes, wenn Idh die Amplitude des Stroms durch die Horizontal-Ablenkspule ist.
Da der Strom sich nahezu linear mit der Zeit ändert, wird eine Änderung von Id eine ähnliche Änderung der Ablenkung hervorrufen wie eine Änderung von ld.
Die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 enthält ausserdem einen Regelkreis 13, der aus einem Kondensator 12, der die Wechselspannung einer auf der Primärwicklung des Transformators angebrachten Anzapfung einem Element 14 mit einer nichtlinearen Strom-Spannungskennlinie zuführt, und einem Widerstand I1 besteht, der die Gleichstromkopplung zwischen der erwähnten Anzapfung und dem Element 14 bildet. Dabei wird über den Widerstand 11 gleichsam eine positive Vorspannung für das Element 14 geliefert, über dem bei ausreichender Amplitude der über der Primärwicklung des Transformators 8 erzeugten Impulse eine negative Spannung erzeugt wird, die von dem Kondensator 12 während des Periodenteils festgehalten wird, währenddessen die Impulse nicht wirksam sind. Die so erhaltene, negative Spannung wird über den Ableitwiderstand 4 dem Steuergitter 5 zugeführt.
Das Element 14 kann als ein spannungsabhängiger Widerstand ausgebildet werden. In diesem Beispiel ist die Anzapfung, mit der der Widerstand 11 und der Kondensator 12 verbunden sind, dieselbe wie die, mit der ein Ende der Spule 10 verbunden ist, aber dies ist keineswegs stets erforderlich. Die Anzapfung kann mehr oder weniger Windungen der Primärwicklung des Transformators 8 umfassen, in Abhängigkeit von der Amplitude der dem Element 14 zuzuführenden Impulse.
Es ist ersichtlich, dass die Anzapfung auch auf der Sekundärwicklung des Transformators 8 angebracht werden kann. Dabei werden jedoch die Änderungen von Vh statt deren von Idh verringert. Aus (1) folgt, dass bei Benutzung des Regelkreises 13 zur genauesten Konstanthaltung entweder von Idh oder von Vh der Ablenkgrad Dh auf dem Schirm in horizontaler Richtung sich ändern wUrde, da die Bedingungen von (l) infolge der restlichen Änderung einer der beiden Grössen nicht erfüllt werden.
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und Sekundärseite (im wesentlichen dieStreuinduktanz des Transformators 8) und der die Wiedergaberöhre durchfliessende Strom.
Zd ist die durch den Ablenkkreis gebildete Gesamtimpedanz und Idh ist die Amplitude des erwähnten Ablenkstroms, während Rp den primären Innenwiderstand bezeichnet, der durch die Röhre 1, die Diode 6 und die Primärwicklung des Transformators 8 gebildet wird. Die Spannung V bezeichnet die von der
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M. K.,so. folgt aus Fig. 2, dass
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oder
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wobei Vh = Zi,. Ii, = die auf die Primärseite übertragene Hochspannung Vh = Vh/n.
Ändert sich Ij" da Zo sic ändert, z. B. infolge Änderung der Bildhelligkeit, so wird, wenn Idh konstant gehalten wird, gelten :
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d. h. V ändert sich, da Z ; und Zd konstant sind und daraus folgt, dass die Bedingungen von (1) nicht erfüllt werden.
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konstantso ist es ersichtlich, dass dies bei allen andern Belastungen nicht der Fall ist.
In den Fig. 3a und 3b sind Idh und Vh bei B = Bo mit derselben Grösse angegeben, um die Änderung von einer der beiden oder von beiden einander gegenüber deutlich hervorzuheben. Es ist ersichtlich, dass ihre absoluten Werte verschieden sind.
In dem zweiten, nicht dargestellten Falle verläuft die Linie für Vh waagrecht und die Linie für Idh schräg aufwärts, so dass auch daraus folgt, dass nur bei B = 1\ die Bedingungen von (1) erfüllt werden.
Gemäss der Erfindung wird das gewünschte Ergebnis dadurch erzielt, dass man beide Grössen gleichzeitig ändern lässt, was in Fig. 3b veranschaulicht ist.
Für B = Bo folgt aus (1)
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und für B = B1 muss dann gelten :
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oder
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Da stets kleine Änderungen berücksichtigt werden müssen (Abweichungen von etwa 1 der Belastung, d. h. B ändert sich zwischen Bo und 0,9 Bo) kann die letzte Formel für den betreffenden Arbeitsbereich mit gewisser Annäherung auf :
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vereinfacht werden.
Da (la) stets geltend bleibt, wird die Gleichung (5) erfüllt, wenn ?
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Dies kann auf folgende Weise erfüllt werden :
Aus Fig. 2 folgt für den Strom Idh :
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Durch Differenzierung und Umarbeitung findet man daraus
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und
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Werden die so gefundenen Werte in (6) eingefügt, so findet man die Bedingung, welche die verschiedenen Elemente erfüllen müssen, um bei Änderung der Belastung dafür zu sorgen, dass die Abmessungen des Bildes in horizontaler Richtung sich nicht ändern.
Nach Umarbeitung erhält man :
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Da Z. gegenüber den übrigen Elementen sehr gross ist (für eine übliche Wiedergaberöhre gilt Ib = 100 -
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mit andern Worten, die transformierte Innenimpedanz auf der Sekundärseite muss gleich der Parallelschaltung des Innenwiderstands auf der Primärseite und der Gesamtimpedanz des Ablenksystems sein.
Der angestrebte Zweck lässt sich somit erreichen, indem der Regelkreis 13 der Fig. 1 derart bemes-
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halten wird, sondern etwas abnimmt, was in Fig. 3b angegeben ist. Man erzielt dadurch, im Gegensatz zu denjenigen Schaltungen, in denen gar kein Regelkreis vorgesehen ist, dass Rp wesentlich herabgesetzt wird, während die Gegenkopplung in bezug auf diese Belastungsänderungen nicht so gross werden darf,
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in bezug auf die übrigen Elemente, zu grob ist.
Bei dem so erhaltenen Wert von Rp muss ein Transformator solcher Bemessung verwendet werden, dass (9) erfüllt wird. Dies geht nahezu darauf hinaus, dass die Impedanz der Streuinduktanz geteilt durch das Quadrat des Transformationsverhältnisses gleich der erwähnten Parallelschaltung sein muss.
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Da Idh sich ändert, wird sich auch die am Kondensator 7 vorhandene Gleichspannung ändern. Wird diese Spannung mit V bezeichnet, so kann bei Änderung von Idh dafür gesorgt werden, dass gilt :
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wobei K, eine Porportionalitätskonstante ist.
Wird aus der Spannung Vc die Steuerspannung für die Endröhre der Vertikal-Ablenkschaltung abgeleitet, oder auch (V + Vb) zur Speisung dieser Endröhre benutzt, so kann dafür gesorgt werden, dass
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so dass auch für die vertikale Ablenkung die Bedingung
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erfüllt wird, so dass weder die Abmessungen in der vertikalen, noch die in der horizontalen Richtung bei Änderung der Belastung sich ändern werden.
Sollte die Spannung Vc nicht zur Verfügung stehen, oder wegen schalttechnischer Schwierigkeiten schwieriger anwendbar sein, so kann durch Sondergleichrichtung der vom Transformator erhaltenen Impulse eine Gleichspannung erzielt werden, die bei Änderung von Idh auf die durch Gleichung (10) angegebene Weise sich ändern wird. Indem diese Spannung auf gleiche Weise verwendet wird wie die Spannung V kann wieder die Bedingung (6a) erfüllt werden.
Eine andere Anordnung zum Erzielen des angestrebten Zwecks ist in Fig. 4 angegeben. In dieser Figur, in der entsprechende Teile möglichst entsprechend bezeichnet sind, sind zwischen der Primär- und der Sekundärwicklung des Transformators 8 ein Kondensator 16 und ein Widerstand 15 vorgesehen. Die Wicklungen sind nach wie vor über den im Transformator vorgesehenen Kern magnetisch miteinander gekoppelt. Der Widerstand 15 bildet den Gleichstromweg und wird von dem Belastungsstrom durchlaufen.
Der Kondensator 16 dient für die Wechselstromkopplung und bildet einen bequemen Weg für die Rückschlagimpulse. Der Widerstand 11, der die Gleichstromeinstellung des Elementes 14 herbeiführt, ist mit dem Verbindungspunkt des Widerstandes 15 und eines Endes der Sekundärwicklung des Transformators 8 verbunden.
Nimmt die Belastung zu, d. h. wird Ib grösser, so sinkt Vh herab und somit auch die Spannung am Verbindungspunkt der Widerstände 15 und 11. Damit sinkt die positive Vorspannung des Elementes 14 herab und trotz der Tatsache, dass auch der Wert von Idh etwas verringert wird, wird eine grössere, negative Spannung erzeugt infolge der nicht linearen Strom-Spannungskennlinie des erwähnten Elementes, welche Spannung die gewünschte Abnahme von Idh herbeiführt. Während somit im ersten Beispiel eine kleine
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Beispiel kann die Spannung Vc zur Speisung der Vertikal-Ablenkschaltung dienen, so dass auch In diesem Falle die Bedingung (6a) erfüllt werden kann.
Die Schaltungsanordnung nach Fig. 5 arbeitet nach demselben Prinzip wie die Schaltung nach Fig. 4.
Nur der Regelkreis 13 ist etwas abgeändert und besteht aus einer Verstärkerröhre 18, der die Impulse der Anzapfung des Transformators 8 über die Kondensatoren 19 und 20 zugeführt werden. Die Vorspannung für diese Röhre erzielt man mittels eines Elementes 17, das ähnlich wie das Element 14 eine nicht lineare Strom-Spannungskennlinie hat und das einerseits mit Erde und anderseits mit dem Widerstand 11 verbunden ist. Auch in diesem Falle ändert sich die Vorspannung in Abhängigkeit von dem Belastungsstrom, wodurch die von der Verstärkerröhre 18 erzeugte negative Spannung kleiner wird, wenn der Belastungsstrom veiner wird, während sie zunimmt, wenn der Belastungsttrom zunimmt, so dass auch in diesem Falle die Bedingung nach Formel (6) erfüllt werden kann, und gewünschtenfalls auch die der Formel (6a).
Die Information bezüglich derÄnderungen von Vh infolge Änderungen der Belastung kann auch unmittelbar von dem Hochspannungskreis erhalten werden, indem die Kathode des Gleichrichters 9 über einen geeigneten Spannungsteiler mit dem Element 14 nach Fig. 4 oder mit der Kathode der Röhre 18 der Fig. 5 verbunden wird.
In den Beispielen nach den Fig. 4 und 5 braucht der Transformator nicht nach der Vorschrift der Fornel (9) bemessen zu werden, aber es ist ersichtlich, dass durch richtige Bemessung des Gesamtregelkrei-
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undregelt werden, dass wieder die Formel (9) erfüllt wird. Da die zwei zuletzt genannten Schaltungen reine Regelschaltungen sind, kann durch richtige Bemessung dafür gesorgt werden, dass, wenn Zb konstant bleibt, die Änderungen infolge Speisespannungsänderungen und Alterung der Elemente 1 und 6 weitgehendst nachgeregelt werden. Dies kann dadurch erfolgen, dass Idh nahezu konstant gehalten wird mittels der von der Primärwicklung des Transformators erhaltenen Information. Da Zb konstant geblieben ist, wird in diesem Falle auch Vh sich nicht ändern, ebensowenig wie die Ablenkung des Elektronenstrahls.
Da weder Vh noch Zb sich ändern, wird auch die über den Widerstand 11 dem Regelkreis zugeführte Spannung gleich bleiben, so dass in diesem Falle keine zusätzlichen Änderungen im Regelkreis auftreten werden.
Es ist ersichtlich, dass die Entladungsröhre 1 gegebenenfalls durch einen Leistungstransistor ersetzt werden kann. Für die Dioden 6 und 9 kann jedes geeignete, einseitig leitende Element verwendet werden.
Es ist schliesslich auch möglich, den Transformator nach (9) zu bemessen, und die Information für den Regelkreis 13 nicht von der Primärwicklung, sondern von der Sekundärwicklung abzunehmen. Dies bedeutet, dass dabei die erforderliche Änderung von Vh zugelassen wird und dass wegen der richtigen Bemessung des Transformators die Änderung des Ablenkstroms selbsttätig angepasst ist.
PATENTANSPRÜ CHE :
1. Schaltungsanordnung zum Erzeugen eines Sägezahnstroms in einer Spule und einer Gleichspannung mittels eines Verstärkerelementes, dem ein Signal zugeführt wird, das'dieses Element periodisch entsperrt, wobei der Ausgangskreis einen Transformator enthält, dessen eines Ende der Primärwicklung, mit der die Spule gekoppelt ist, gegebenenfalls über einen Kondensator mit einer Klemme einer Speisespannungsquelle verbunden ist, deren andere Klemme mit dem Verstärkerelement verbunden ist, während das andere Ende der Primärwicklung mit der Ausgangsklemme des Verstärkerelementes verbunden ist und wobei die über dieser Primärwicklung während des Rückschlag des Sägezahnstroms auftretenden Impulse nach Hochtransformierung mittels der Sekundärwicklung des Transformators gleichgerichtet werden,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung Einrichtungen enthält, die bei auftretenden Änderungen elektrischer Grössen, insbesondere der Belastung der erzeugten Gleichspannung, die Amplitude des Sägezahnstroms und die erzeugte Gleichspannung derart mitändern lassen, dass innerhalb des Arbeitbereichs die relative Änderung der erwähnten Amplitude etwa die Hälfte der relativen Änderung der Gleichspannung beträgt.