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Ablenkvorrichtung bei Kathodenstrahlröhren
Die Erfindung hat zum Zweck, die für die Ablenkung des Elektronenstrahls bei einer Kathodenstrahlröhre erforderliche Leistung herabzusetzen, was durch die Erzeugung eines Hilfsmagnetfeldes herbeigeführt wird, durch das die Ablenkung des Strahls in einer Richtung erhöht wird.
Es kann, z. B. bei Empfangerbildröhren, vorkommen, dass für die Ablenkung in der einen Richtung etwa das Zehnfache an Leistung erforderlich wird im Vergleich zur andern Richtung. Der Grund hiefür sind die mit der höheren horizontalen Abtastfrequenz verbundenen Verluste. Dieses Problem ist schon bei Verwendung von Elektronenröhren zur Erzeugung der Ab lenkströme von Bedeutung, es kann jedoch durch Heranziehung von Röhren genügend hoher Leistung beseitigt werden. Besonders bei mit Transistoren versehenen Empfängern ist es aber von Bedeutung, dass die Schaltungseinheiten möglichst klein und somit mit möglichst kleiner Leistung ausgebildet sein können. Bei einer bekannten Anordnung zur Beseitigung des genannten Nachteils sind um den Röhrenhals herum permanente Magnete zur Erhöhung der horizontalen Ablenkung angeordnet.
Die Verwendung einer derartigen Anordnung bei den heutzutage gebräuchlichen Kathodenstrahlröhren, insbesondere für tragbare Empfänger, ist jedoch mit Schwierigkeiten verbunden, da um den Röhrenhals herum sehr wenig Raum zur Verfügung steht, der den Röhrenhals umgebende magnetische Kern übt auch eine Kurzschlusswirkung auf das Feld von permanenten Magneten aus. Solche Magnete erzeugen ausserdem eine gewisse Verzerrung im wiedergegebenen Bild.
Zur Beseitigung der genannten Nachteile wird nach der vorliegenden Erfindung eine Ablenkvorrichtung zur Erhöhung der Ablenkfähigkeit bei einer mit horizontaler und vertikaler Ablenkwicklung und mit einem die Wicklungen umgebenden magnetischen Kern sowie einer den Röhrenhals umgebenden Gleichstromwicklung mit vier magnetischen Polen zur Erzeugung eines statischen Hilfsmagnetfeldes versehenen Kathodenstrahlröhren vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Gleichstromwicklung innerhalb des magnetischen Kernes angeordnet ist.
Die Anwendung eines vierpoligen Magnetfeldes, das durch eine Gleichstromwicklung erzeugt wird, ist an sich bekannt. Bei der bekannten Ablenkvorrichtung befindet sich jedoch die das zusätzliche Magnetfeld erzeugende Anordnung am Röhrenhals vor den Ablenkwicklungen, so dass diese Vorrichtung den schon genannten Nachteil des grossen Raumbedarfs aufweist und für eine kurzhalsige Röhre wenig geeignet ist.
Ausserdem entsteht durch die Anbringung der Zusatzvorrichtung eine Verzerrung des Kathodenstrahles, der durch eine nach der Ablenkwicklung angebrachte Kompensiervorrichtung entgegengewirkt wird.
Eine Ausführungsform der Erfindung ist in den beigefügten Zeichnungen dargestellt. Es zeigen : Fig. l einen Axialschnitt durch den Halsteil der Kathodenstrahlröhre entlang der Linie 1 der Fig. 2, Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie 2 der Fig. 1, Fig. 3 die durch die Hilfswicklung erzeugte magnetische Feldstärke, Fig. 4 den Leitungsverlauf der Hilfswicklung, und Fig. 5 die Variation des magnetischen Potentials entlang der Innenfläche der in der Fig. 2 gezeigten Hilfswicklung.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Ablenkvorrichtung besitzt die den Halsteil der Röhre 10 umgebenden üblichen Wicklungen 11 und 12 für die horizontale und vertikale Ablenkung. Diese Wicklungen könnten eventuell auch vom Satteljochtyp sein, wie er auf den Seiten 6 -10 des "Television Engineering Handbook" von Donald G. Fink, McGraw-Hill Book Co., 1957, beschrieben ist. Diese Wicklungen können mit Vorteil an den Röhrenhals anliegend angeordnet sein.
Die Ablenkvorrichtung umfasst weiter einen magnetischen Kern, der die Wicklungen umgibt. Wie in
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der Fig. 2 gezeigt, umgibt der mit 13 bezeichnete Kern auch die Hilfswicklung 15 nach der vorliegenden Erfindung, die unten näher beschrieben ist. Der Kern dient zum Schliessen des magnetischen Stromflusses sämtlicher drei Wicklungen.
Die Hilfswicklung 15 wird mit Gleichstrom gespeist und besitzt vier magnetische Pole. Sie kann mit ihren Längsseiten im wesentlichen sinusförmig um den Umkreis des Röhrenhalses verteilt angeordnet sein, aber sie kann auch mit innerhalb von Abschnitten von 600 des Umkreises gleichmässig verteilten Seiten versehen sein. In den Fig. 1 und 2 ist die Gleichstromquelle mit 16 bezeichnet. Die Hilfswicklung 15 liegt zwischen dem Kern 13 und den Wicklungen 11 und 12. Ihre Längsachse fällt mit der der Röhre 10 zusammen. Die Windungen der Wicklung 15 können im wesentlichen innerhalb der flachen Teile der Ablenkwicklungen angeordnet sein, am vorteilhaftesten stimmen sie jedoch mit der Form der Ablenkwicklungen überein.
Die vier Spulen, aus denen sich die Hilfswicklung zusammensetzt, sind spiralförmig gewickelt und in Reihenverbindung so angeordnet, dass die aneinander grenzenden Seiten zur Erzeugung des magnetischen Feldes zusammenwirken.
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Sie umfasst vier Spulen 18, 19, 20 und 21, auf deren Längsseiten die Leiter gerade verlaufen. Wenn eine sinusförmige Verteilung der Spulenseitenerwünscht ist, befinden sich die dichtesten Wicklungsteile in der Richtung der horizontalen und vertikalen Achse mit Bezug auf die erwünschte Erhöhung der Ablenkung.
Die Richtung der erhöhten Ablenkung richtet sich nach der Richtung des Gleichstromflusses durch die Hilfswicklung. Aus unten näher zu erläuterten Gründen kann es von Vorteil sein, eine kleine Abweichung von der genau sinusförmigen Verteilung zu erlauben. Eine solche vorteilhafte Verteilungsform ist in der Fig. 4 gezeigt, in der jede Längsseite einen Abschnitt des Umkreises entsprechend dem Winkel a umfasst, wodurch zwei angrenzende Spulenseiten einen Winkelabschnitt von 2a umfassen. Der Winkel a hat vorzugsweise einen Wert von 300. Bei dieser Anordnung umfasst der magnetische Pol, der sich an der Mitte der Spule befindet, einen Abschnitt von derselben Grösse wie die Längsseite der Spule.
Bei der Beschreibung der Wirkungsweise der Vorrichtung wird auf die Fig. 3 Bezug genommen, in der das ideale Magnetfeld, entsprechend einer sinusförmigen Windungsverteilung, mit seiner vertikalen Komposante Hy dargestellt ist, die dem in horizontaler Richtung gemessenen Abstand x von der Spulenachse 17 proportional ist und mit ihm das Zeichen wechselt. Bei einem Empfänger mit erhöhter Horizontalablenkung würde die x-Achse horizontal und vorzugsweise senkrecht zur Röhrenachse 17 sein. Das linear veränderliche magnetische Feld erhöht die horizontale Ablenkung um einen konstanten Faktor. Gleichzeitig wird auch eine horizontale Komposante Hx, proportional zu y, erzeugte Das Feld setzt daher die vertikale Ablenkung in demselben Masse herab, wie die horizontale Ablenkung erhöht wird.
Die Horizontalwicklung 11 erfordert daher eine kleinere Leistung und die Vertikalwicklung 12 eine entsprechend höhere Leistung.
Wegen der linearen Eigenschaft des Hilfsfeldes entsteht keine Verzerrung des Bildes, wie nun gezeigt werden soll. Wenn das axiale Ausmass der Hilfswicklung im Vergleich zum Durchmesser gross ist, genügt das Hilfsfeld der Gleichung :
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Hier sind rund e die in der Fig. 2 gezeigten polaren Koordinatenyr die erste partielle Ableitung von V mit Bezug auf r usw. Für ein symmetrisches vierpoliges Feld hat diese Gleichung die Lösung :
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Hier bedeutet R den lichten Halbmesser der Hilfswicklung ; die a : s sind Konstanten. Wie oben erwähnt ist die ideale, keine Verzerrung hervorrufende Verteilung sinusförmig.
Dabei ist in der Gleichung (2) nur a 0, und die Gleichung nimmt die folgende Form an.
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Die magnetische Feldstärke hat dann die Komposanten :
EMI2.5
Hx ist also von x unabhängig und dem y proportional, H., von y unabhängig und dem x proportional.
Dies sind die in der Fig. 3 gezeigten Verhältnisse. Die entsprechenden zusätzlichen Ablenkungen (L und d sind durch gestrichelte Pfeile angedeutet. Die Stromrichtung der Hilfswicklung erhöht die horizontale
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und setzt die vertikale Ablenkung herab.
Statt der sinusförmigen Verteilung kann es von Vorteil sein, die in der Fig. 2 gezeigte Verteilung zu verwenden. Das magnetische Potential unmittelbar innerhalb der Hilfswicklung (r=R) hat dann den in der Fig. 5 dargestellten Verlauf über den Umkreis, der durch die folgende Fouriersche Reihe dargestellt wird :
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Hier ist 20 : der Winkel, dem eine Gruppe von nebeneinander liegenden, gleichmässig verteilten Leitern gegenübersteht, und k eine dem Strom sowie der Windungszahl proportionale Konstante.
Wenn für 2ot der Wert 600 gewählt wird, ergibt sich : sin 6 n 0 : = 0 (6)
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Um einen Überschlag über die durch die Abweichung von der sinusförmigen Verteilung erzeugte Verzerrung zu gewinnen, bestimmen wir aus Gleichung (8) die radiale und die tangentiale Komposante des Magnetfeldes :
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genannte Verhältnis < 1/28 = 1/256 ist. Das Feld ist also hier praktisch genau dem einer sinusförmigen Windungsverteilung entsprechenden Feld gleich (für ce = 300).
Bei einem Fernsehempfänger braucht die Hilfswicklung nur eine einzige Schicht zu umfassen. Die Spannung wird dann niedrig und keine zusätzliche Isolation ist erforderlich.
Die erwünschte Vergrösserung der Ablenkung mit gleichzeitiger Herabsetzung der erforderlichen Leistung ergibt sich nach der Erfindung ohne wesentlichen zusätzlichen Raumbedarf am Röhrenhals.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Ablenkvorrichtung zur Erhöhung der Ablenkfähigkeit bei einer mit horizontaler und vertikaler Ablenkwicklung und mit einem die Wicklungen umgebenden magnetischen Kern sowie einer den Röhrenhals umgebenden Gleichstromwicklung mit vier magnetischen Polen zur Erzeugung eines statischen Hilfsmagnetfeldes versehenen Kathodenstrahlröhre, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichstromwicklung innerhalb des magnetischen Kerns angeordnet ist.
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Deflection device in cathode ray tubes
The invention aims to reduce the power required to deflect the electron beam in a cathode ray tube, which is brought about by the generation of an auxiliary magnetic field by which the deflection of the beam in one direction is increased.
It can e.g. B. with receiver picture tubes, it can happen that the deflection in one direction requires about ten times the power compared to the other direction. The reason for this is the losses associated with the higher horizontal scanning frequency. This problem is already important when using electron tubes to generate the deflection currents, but it can be eliminated by using tubes of sufficiently high power. In the case of receivers provided with transistors in particular, however, it is important that the circuit units can be designed as small as possible and thus with the lowest possible power. In a known arrangement for eliminating the aforementioned disadvantage, permanent magnets are arranged around the tube neck to increase the horizontal deflection.
The use of such an arrangement in the cathode ray tubes in use today, in particular for portable receivers, is, however, associated with difficulties, since very little space is available around the tube neck, and the magnetic core surrounding the tube neck also has a short-circuiting effect on the field of permanent magnets out. Such magnets also create a certain amount of distortion in the displayed image.
To eliminate the disadvantages mentioned, a deflection device is proposed according to the present invention for increasing the deflectability in a cathode ray tube provided with horizontal and vertical deflection winding and with a magnetic core surrounding the windings and a direct current winding surrounding the tube neck with four magnetic poles for generating a static auxiliary magnetic field, which is characterized in that the direct current winding is arranged within the magnetic core.
The use of a four-pole magnetic field generated by a direct current winding is known per se. In the known deflection device, however, the arrangement generating the additional magnetic field is located on the tube neck in front of the deflection windings, so that this device has the disadvantage of the large space requirement already mentioned and is not very suitable for a short-necked tube.
In addition, the attachment of the additional device creates a distortion of the cathode ray, which is counteracted by a compensation device attached after the deflection winding.
An embodiment of the invention is shown in the accompanying drawings. 1 shows an axial section through the neck part of the cathode ray tube along line 1 in FIG. 2, FIG. 2 shows a cross section along line 2 in FIG. 1, FIG. 3 shows the magnetic field strength generated by the auxiliary winding, FIG. 4 the course of the conduction of the auxiliary winding, and FIG. 5 the variation of the magnetic potential along the inner surface of the auxiliary winding shown in FIG.
The deflection device shown in FIGS. 1 and 2 has the usual windings 11 and 12 surrounding the neck portion of the tube 10 for horizontal and vertical deflection. These windings could possibly also be of the saddle-yoke type, as described on pages 6-10 of the "Television Engineering Handbook" by Donald G. Fink, McGraw-Hill Book Co., 1957. These windings can advantageously be arranged adjacent to the tube neck.
The deflector further includes a magnetic core surrounding the windings. As in
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2, the core labeled 13 also surrounds the auxiliary winding 15 according to the present invention, which is described in more detail below. The core serves to close the magnetic current flow of all three windings.
The auxiliary winding 15 is fed with direct current and has four magnetic poles. It can be arranged with its long sides distributed essentially sinusoidally around the circumference of the tube neck, but it can also be provided with sides evenly distributed within sections of 600 of the circumference. In FIGS. 1 and 2, the direct current source is designated by 16. The auxiliary winding 15 lies between the core 13 and the windings 11 and 12. Its longitudinal axis coincides with that of the tube 10. The turns of winding 15 may be located substantially within the flat portions of the deflection windings, but most advantageously they conform to the shape of the deflection windings.
The four coils that make up the auxiliary winding are wound in a spiral shape and arranged in series connection so that the adjacent sides work together to generate the magnetic field.
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It comprises four coils 18, 19, 20 and 21, on whose long sides the conductors run straight. If a sinusoidal distribution of the coil sides is desired, the densest winding parts are in the direction of the horizontal and vertical axes with respect to the desired increase in deflection.
The direction of the increased deflection depends on the direction of the direct current flow through the auxiliary winding. For reasons to be explained in more detail below, it can be advantageous to allow a small deviation from the precisely sinusoidal distribution. Such an advantageous form of distribution is shown in FIG. 4, in which each longitudinal side comprises a section of the circumference corresponding to the angle α, whereby two adjacent coil sides comprise an angle section of 2a. The angle α preferably has a value of 300. In this arrangement the magnetic pole which is located at the center of the coil comprises a section of the same size as the longitudinal side of the coil.
In describing the mode of operation of the device, reference is made to FIG. 3, in which the ideal magnetic field, corresponding to a sinusoidal winding distribution, is shown with its vertical component Hy, which is proportional to the distance x measured in the horizontal direction from the coil axis 17 and the sign changes with him. In the case of a receiver with increased horizontal deflection, the x-axis would be horizontal and preferably perpendicular to the tube axis 17. The linearly variable magnetic field increases the horizontal deflection by a constant factor. At the same time, a horizontal composite Hx proportional to y is also generated. The field therefore reduces the vertical deflection to the same extent as the horizontal deflection is increased.
The horizontal winding 11 therefore requires a smaller power and the vertical winding 12 a correspondingly higher power.
Because of the linear property of the auxiliary field, there is no distortion of the image, as will now be shown. If the axial dimension of the auxiliary winding is large compared to the diameter, the auxiliary field of the equation is sufficient:
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Here around e the polar coordinates yr shown in Fig. 2 are the first partial derivative of V with respect to r etc. For a symmetrical four-pole field this equation has the solution:
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Here R means the clear radius of the auxiliary winding; the a: s are constants. As mentioned above, the ideal non-distorting distribution is sinusoidal.
At this time, only a is 0 in the equation (2), and the equation takes the following form.
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The magnetic field strength then has the composites:
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Hx is therefore independent of x and proportional to y, H. independent of y and proportional to x.
These are the relationships shown in FIG. 3. The corresponding additional deflections (L and d are indicated by dashed arrows. The current direction of the auxiliary winding increases the horizontal
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and reduces vertical deflection.
Instead of the sinusoidal distribution, it can be advantageous to use the distribution shown in FIG. The magnetic potential directly within the auxiliary winding (r = R) then has the course shown in Fig. 5 over the circumference, which is shown by the following Fourier series:
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Here is 20: the angle at which a group of evenly distributed conductors lying next to one another faces, and k is a constant proportional to the current and the number of turns.
If the value 600 is selected for 2ot, the result is: sin 6 n 0: = 0 (6)
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In order to obtain an estimate of the distortion produced by the deviation from the sinusoidal distribution, we determine the radial and tangential components of the magnetic field from equation (8):
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said ratio is <1/28 = 1/256. The field here is practically exactly the same as the field corresponding to a sinusoidal winding distribution (for ce = 300).
In a television receiver, the auxiliary winding need only comprise a single layer. The voltage then becomes low and no additional insulation is required.
The desired increase in the deflection with a simultaneous reduction in the required power is obtained according to the invention without any substantial additional space requirement on the tube neck.
PATENT CLAIMS:
1. Deflection device to increase the deflectability of a cathode ray tube with horizontal and vertical deflection winding and with a magnetic core surrounding the windings and a direct current winding surrounding the tube neck with four magnetic poles for generating a static auxiliary magnetic field, characterized in that the direct current winding is within the magnetic core is arranged.