CN1016928B

CN1016928B - 视频监视器的水平偏转电路

Info

Publication number: CN1016928B
Application number: CN88102841A
Authority: CN
Inventors: 约翰·J·菲茨杰拉德
Original assignee: Digital Equipment Corp
Current assignee: Digital Equipment Corp
Priority date: 1987-05-14
Filing date: 1988-05-14
Publication date: 1992-06-03
Also published as: AU1611888A; JPS63309067A; CA1303234C; BR8802331A; CN88102841A; US4864197A; EP0291318A2; EP0291318A3; JPH0817447B2; KR880014792A; AU617317B2

Abstract

一种用来控制视频显示器中用的阴极射线管内电子束水平偏转的水平偏转电路。该电路采用许多个MOSFET晶体管，它们被同时接通和断开，以便进行扫描和回扫，MOSFET晶体管是级联的，以适应回扫时产生的高压电平。在每个MOSFET晶体管的源极端点与漏极端点之间联接一个回扫电容器和一个回扫二极管，以保证电压分布在各个晶体管上，这样，当这些晶体管不能准确地同时开关时，不致使整个电压出现在任何一个单个的晶体管上。

Description

本发明涉及电子电路领域，更具体地说，涉及一种新型改进的斜坡发生器电路，特别适于用作视频显示监视器的阴极射线管中控制电子束偏转的电路。

视频显示装置包括一个阴极射线管，用以将信息以可见图象的形式显示在普通的平面荧光屏上。在阴极射线管中，从电子枪发出的电子束射向荧光屏。电子束撞击到涂有磷光涂层的荧光屏上，结果产生光，使用者可以观察到。电子枪通常指向荧光屏的中心，但电子束可作水平和垂直移动，使得电子束可以借助靠近电子枪和荧光屏之间的阴极射线的那些线圈产生的磁场，对荧光屏表面进行扫描。电子束进行扫描时，可改变电子束的幅度，从而在荧光屏面上产生亮的图案或暗的图案。根据要求显示信息的类型，图案可以是字母数字形式的，如电文，可以是图形形式的，或者二者结合的某种形式。

利用控制电子束的扫描，在可视显示装置中产生图象通常有两种办法，一种是用计算机视频显示器和电视机，电子束以光栅图形在荧光屏上扫描，即，使电子束以一组水平线从荧光屏的顶部向其底部横扫荧光屏。水平偏转能产生每一条线，垂直偏转能产生从荧光屏的顶部到其底部的线族，水平偏转和垂直偏转都由产生偏转信号的电子电路控制，为使显示装置产生光栅图形，偏转信号按预定的速度变化。电子束在荧光屏上扫描时，改变电子束的幅度以便产生可见图象，如果电子束的幅度不变化，则整个荧光屏上将具有同样的亮度。

另一种办法是用示波器，电子束不是以一组线横扫荧光屏，而是用水平偏转电路产生的单一线横扫荧光屏。典型的作法是通过使用者输入示波器的一个信号来产生垂直偏转。在这种情况下，使用者可以把输入信号作为电子束横扫荧光屏所需时间的时间函数，来分析输入信号。此外，在一典型的示波器中，使用者可以输入另一个信号来产生水平偏转而不采用示波器水平偏转电路。这样，使用者可以分析输入信号相互之间的关系。

一种典型的水平偏转电路实际上起一个谐振电路作用，它在不同的时间具有两个谐振频率。该电路包括一个产生电磁场的偏转线圈，电磁场控制电子束的偏转。实质上，当双极晶体管从接通状态换到断开状态时，谐振电路在高频下工作，在高频工作期间，通过线圈的电流变化得很快，从而使电子束从荧光屏的右端快速地向其左端回扫。在回扫期间，在晶体管上会形成极大的回扫电压。

当电子束完全回扫到荧光屏的左端时，谐振电路即变成低谐振频率。出现这种情况时，通过线圈的电流变化得很慢，从而使电子束相当慢地从荧光屏的左端向其右端扫描。在扫描期间，双极晶体管又重新接通，由于相当大的电流通过，基本上达到饱和状态。

这些双极晶体管在承受回扫期间产生的高回扫电压的同时，它们还有一个在饱和期间集电极-基极区内的高少数载流子存储。这样，就会限制晶体管换到断开状态的速度，从而也限制了偏转电路使电子束偏转的频率。因此，这些偏转电路适用于普通的广播电视和计算机中采用的低分辨率的小型视频监视器，它们不适合用于高分辨率的监视器或荧光屏幕图象相当大的监视器。

最近，已研制出一种偏转电路，这种电路采用了许多并联的金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFETs）来替代双极晶体管。参见，克.安多，“一种无闪烁的2448×2048点彩色阴极射线管显示器”，1985年信息显示协会国家研讨会技术论文摘要，第456页至第460页（K. Ando，A Flicker-Free 2448×2048 Dots Color CRT Display，SIP85 Digest，pages 456 through 460）。一般来说， MOSFET几乎没有载流子存储，因此可用于高分辨率视频监视器中的较高频偏转电路，标准的MOSFET尤其不能承受上述偏转电路中产生的高回扫电压。这样一来，安多文章中所提到的电路需要采用专门研制的高电压MOSFET。此外，许多MOSFET的并联会增加其总的有效电容，也将限制使电路工作的偏转频率。

本发明的目的在于提供一种新型改进的水平偏转电路，该电路能在高频状态下工作，并可采用现今流行的元件，尤其是MOSFETs。

简而言之，这一新型水平偏转电路包括多个串联的或级联的MOSFET控制晶体管，利用这些晶体管的同时接通和同时断开，来控制偏转线圈中的电流。在每只晶体管与晶体管之间接上一个回扫电容器和一个回扫二极管，能有效地分散当MOSFET控制晶体管断开时所产生的电压。

在回扫期间，MOSFET控制晶体管上会形成极大的回扫电压，而回扫电容器和回扫二极管可以把电压分配给各个控制晶体管。这就可以减少每只晶体管上形成的电压，减少情况因MOSFET控制晶体管的数目而定。在一种产生典型电压的水平偏转电路中，可以采用目前行销的MOSETs，作为控制晶体管。另外，由于极联的MOSFET控制晶体管的电容是串联的，晶体管的净有效电容因晶体管的数目而减少。这样，多只控制晶体管就可以比一只晶体管更快地开关，从而使电路可以适应较高频率的偏转速率。

通过参阅下面的描述并结合附图，可以更好地了解本发明的上述优点和进一步的优点，附图描述了根据本发明绘制的一种水平偏转电路。

附图描述了根据本发明绘制的一种新型的水平偏转电路。参照附图，该电路包括控制部分10，它控制许多个并联的MOSFET控制晶体管11A、11B、11C。而MOSFET控制晶体管11A、11B、11C又同时控制一个偏转线圈13，偏转线圈13产生磁偏转场，用来控制视频显示管（未示出）中电子束的水平偏转。

控制部分10包括一个变压器20，变压器20的初级线圈21与一个用V_A表示的电源相连接，并由一个双极晶体管22来控制。而该双极晶体管又受一个激励电路23的控制，起一个开关的作用。为了起动回扫工作，激励电路23能使双极晶体管22从接通状态换到断开状态，在此时间期间，不允许电流通过双极晶体管22。在电子束已经扫描完了选定的全程到达荧光屏右侧预定位置之后，回扫工作即准时开始。在回扫时间期间，电子束很快又返回到荧光屏的左侧。

在回扫工作之后，电子束开始从荧光屏的左侧向其右侧的扫描工作。在扫描工作期间，激励电路使双极晶体管22从断开状态换到接通状态。当扫描工作完成时，即，电子束再达到荧光屏的右端时，激励电路再次使晶体管22断开，这样就又开始了另一次回扫工作。

变压器20有三个次级线圈24A、24B、24C，它们分别通过电阻30A、30B、30C连接到MOSFET控制晶体管11A、11B、11C的栅极，并控制这些栅极。齐纳二极管31A、31B、31C被连接在各个MOSFET控制晶体管11A、11B、11C的栅极端点和源极端点之间。晶体管11A、11B、11C通常是极联的，即，晶体管11A的源极端点与晶体管11B的漏级端点相连接，晶体管11B的源极端点与晶体管11C的漏级端点相连接。晶体管11A的漏级端点与偏转信号发生电路12中的结点40相连接，晶体管11C的源极端点接地。

结点40通过线圈41与电源V_B相连。按照惯例，线圈41可以由一系列线圈或一个用来产生高压的变压器的一个绕组组成，这种高压在视频显示器中可作他用。偏转线圈13的一端头也与结点40相连。线性化线圈42和整形电容器43串联在偏转线圈13的另一端头和地之间。线性化线圈42的电感随通过其中的电流的方向和电平而异。线性化线圈42的最大电感大约比偏转线圈13的电感低一个数量级（即，约为偏转线圈13电感的十分之一）。

结点40和地之间还连接有一组回扫电容器44A、44B、44C和回扫二极管45A、45B、45C，回扫二极管45A、45B、45C被转换成直流通向结点40。一个回扫电容器44A、44B、44C和一个回扫二极管45A、45B、45C并联在相对应的MOSFET控制晶体管11A、11B、11C的源极端点和漏极端点之间。例如，电容器44A和二极管45A并联在晶体管11A的源极端点和漏极端点之间，使二极管转换，从源极端点引出电流并流向漏极端点和结点40。所选择的回扫电容器44A、44B、44C中的每个电容器的电容要明显低于整形电容器43的电容;本发明中的一种情况是每个回扫电容器的电容都比整形电容器43的电容低两个数量级（即，是整形电容器43电容的百分之一）。

熟悉本专业技术的人都赞赏这种技术，即偏转信号产生电路12与MOSFET控制晶体管11A、11B、11C组合在一起，通常形成一个电感电容振荡电路。该振荡电路包含偏转线圈13、线性化线圈42、整形电容器44A、44B、44C，所有这些元器件均串联。当MOSFET控制晶体管11A、11B、11C都断开时，通常是在回扫时间期间，回扫电容器44A、44B44C和整形电容器都有效地串联起来。串联的回扫电容器44A、44B、44C和整形电容器43的有效电容是相当小的，因此，当MOSFET控制晶体管11A、11B、11C都断开时，该振荡电路是一个相当高频的谐振电路。

然而，在扫描时间期间，在回扫电容器44A、44B、44C附近有一个低阻抗旁路。在MOSFET控制晶体管11A、11B、11C被接通之前此低阻抗旁路是由回扫二极管提供的，而在它们都接通之后则是由MOSFET控制晶体管11A、11B、11C提供的，所以这时振荡电路中的有效元件仅仅包括偏转线圈13、线性化线圈42和整形电容器43。在这种情况下，整形电容器43提供的相当高的电容，形成一个低频振荡电路。

当附图中描述的偏转电路开始工作时，MOSFET控制晶体管11A、11B、11C都开始接通。回扫电容器44A、44B、44C和整形电容器43都不带电，偏转线圈13和线性化电容器42也没有电流通过。在这种情况下，电流从VB电源通过线圈41流到结点40，并且通过MOSFET控制晶体管11A、11B、11C。接通的MOSFET控制晶体管11A、11B、11C，实质上是将结点40连接到晶体管11C的源极端点上的接地电压电平。通过线圈41流到结点40的电流以线性速率增加，即电流与VB电源的电压成正比，与线圈41的电感成反比。电流通过线圈41，在线圈41周围产生磁场。

当控制部分10使晶体管11A、11B、11C断开时，通过线圈41的电流开始下降。这样，使得线圈41周围的磁场开始消失，从而使电流流入回扫电容器44A、44B、44C，使回扫电容器充电。这种正在消失的磁场会使结点40的电压电平增加到大电平。

在回扫电容器44A、44B、44C充电之后，它们便开始通过线圈41和偏转线圈13放电。由于串联的偏转线圈13和线性化线圈42的有效电感比线圈41的电感低得多，大多数电流都通过偏转线圈13和线性化线圈43。此时，包括偏转线圈13的有效电路由回扫电容器44A、44B、44C、偏转线圈13、线性化线圈42和整形电容器43组成。由于回扫电容器44A、44B、44C和整形电容器的有效电容低，近似为回扫电容器电容的三分之一，所以该电路的有效频率高。另外，人们将对电流通过偏转线圈13和线性化线圈42会在其周围产生磁场，以及电流通过整形电容器43即开始对电容器充电加以赞赏。

在MOSFET控制晶体管断开（回扫完成）之后的某个时刻，回扫电容器44A、44B、44C已基本上放完电，偏转线圈13和线性化线圈42周围的磁场达到负的峰值。这时，结点40的电压电平达到接地电平，实际上，恰好低于接地电平。因此，当偏转线圈和线性化线圈中的磁场开始衰减时，电流也就开始通过回扫二极管45A、45B、45C流向结点40。这时有效电路由偏转线圈13、线性化线圈42、整形电容器43和回扫二极管45A、45B、45C组成，由于整形电容器43的电容相当高，所以这个电路是一个比较低频的电路。

与此同时，当结点40的电压电平降到低于V_B电源的电压电平之后，通过线圈41的电流开始反向，来自线圈41的电流开始从V_B电源通过线圈41流向结点40，线圈41中的磁场重新产生。

大约在电流开始从V_B电源流入结点40时，激励电路23使MOSFET控制晶体管11A、11B、11C接通，在结点40与接地之间沿着回扫电容器44A、44B、44C和回扫二极管45A、45B、45C形成一个低阻抗通路。这样有利于在线圈41周围连续产生磁场。如前所述，电流的增加率与V_B电源提供的电压成正比，与线圈41的电感成反比。

随后，在偏转线圈13和线性化线圈42周围的磁场消失之后，整形电容器便开始通过线性化线圈42和偏转线圈13向结点40放电。这样便迫使通过线性化线圈42和偏转线圈13的电流在其周围产生磁场，磁场的方向与前磁场相反。由于这时包括偏转线圈13的有效电路由偏转线圈13、线性化线圈42、整形电容器43和 MOSFET控制晶体管11A、11B、11C组成，所以该有效电路是一个低频电路。因此，通过偏转线圈13的电流变化率以较慢的速率增加。

随后，大约在通过偏转线圈流向结点40的电流达到选定的高电平时，激励电路23再次使控制部分10断开MOSFET控制晶体管11A、11B、11C。线圈41、偏转线圈13和线性化线圈42周围的磁场再次消失，使电流流入回扫电容器44A、44B、44C。这时，包括偏转线圈13的有效电路由偏转线圈13、线性化线圈42、整形电容器43和回扫电容器44A、44B、44C组成，从而该电路是一个高频电路，偏转线圈13产生磁场使视频监视器中的电子束偏转。这样一来，偏转线圈13周围的磁场迅速进入回扫电容器44A、44B、44C。

由于现在存在两个电流源，即，线圈41和偏转线圈13，因此这时有比先前更多的电流被迫使流入回扫电容器，从而使结点40的电压电平增加到比先前更大的电平。电路的工作基本上与先前的相同，只是由于结点40的电压电平较高，通过偏转线圈13从回扫电容器44A、44B、44C放电电流也就比较大，使电容器43上具有较大的电荷。

人们将可以看到当电路继续工作时，结点40上的电压与整形电容器43两端的电压，以及通过偏转线圈的电流电平将会增大，直到它们达到稳态值，在稳态值下，流向回扫电容器44A、44B、44C的电流大部分来自偏转线圈，少数来自线圈41。此时，整形电容器两端的电压与线圈41上来自V_B电源的电压大约相同。当电流通过偏转线圈13时，只要作很小的变更，线性化线圈42的电流强度和方向就会变化。稳态工作时，整形电容器43作为电压源工作，提供V_B电源所提供的同样电压，而V_B电源用来补偿电路中的电阻和其它损失。在本实施例中，线圈41的电感约比偏转线圈13的大一个数量级（即是后者的10倍），经过整形电容器43的电压电平迅速地达到V_B电源所提供的电压，结果使电路达到稳态工作。

在电路达到稳态工作之后，电子束随着通过偏转圈13的电流而偏转的情况如下。刚好在MOSFET控制晶体管11A、11B、11C开始被控制部分10断开之前，通过偏转线圈13的电流流向结点40。在这种情况下，电子束偏转向视频监视器荧光屏中心的右侧，最好是偏到屏幕的右边沿。

当MOSFET控制晶体管11A、11B、11C被断开，如上所述，由于包括偏转线圈13的有效电路是一个高频电路，偏转线圈13周围的磁场迅速消失，放电电流进入结点40，从而进入回扫电容器44A、44B、44C。偏转线圈周围磁场的迅速消失，促使电子束迅速地回到荧光屏的中心。

当回扫电容器44A、44B、44C被充分充电并开始放电之后，通过偏转线圈13的电流便如同以前一样朝相反方向增加。而且是以同样的速率增加，这是因为包括偏转线圈在内的电路仍然是一个高频电路，由于电流是朝这个方向流动的，电子束就转向荧光屏中心的左侧，随着电流在此方向的迅速增加，电子束迅速向荧光屏左侧边沿移动。在该方向的电流通过偏转线圈在所要求的方向上产生磁场，以便产生偏转。电子束从荧光屏的右沿迅速向左移动，这样便产生了回扫。

此后，当回扫电容器44A、44B、44C已经大量放电而且二极管45A、45B、45C有效地成为它们的旁路之后，电路便成为一个低频电路。如上所述，在远离结点40方向上通过偏转线圈13的电流便开始减少，由于低效频率的原因，这次是以速率减少的。因此，当偏转线圈13周围的磁场随着电流的减少而消失时，电子束便开始从荧光屏的左沿向荧光屏中心作缓慢扫描。

最后，如上所述，当通过偏转线圈的电流倒转方向，并流向结点40时，电子束开始从荧光屏的中心向右扫描。这次扫描也是低速率的，因为有效电路是一个低频电路。电子束的扫描继续横过荧光屏向右移，直到通过偏转线圈13的电流达到其最大值，然后，MOSFET控制晶体管11A、11B、11C再次被控制部分10断开，又开始一次回扫工作。控制部分10最好是在通过偏转线圈的电流开始减少之前断开MOSFET控制晶体管11A、11B、11C，以便保证电子束能尽快地回到荧光屏左边。

线性化线圈42的电感随着通过该线圈的电流的方向和大小而变化。应选择电流流向结点40时，电感很低的线性化线圈42，这样它对扫描接近末尾时和回扫开始时的电路工作几乎没有影响。但是，当电流经过偏转线圈13从结点40流走时，线性化线圈对电路工作是有影响的，特别是在回扫时间的末尾和扫描时间开始线性化线圈的电感最大时。如果没有线性化线圈42，由于MOSFET控制晶体管11A、11B、11C的断开和接通，以及回扫电容器44A、44B、44C的有效移动和替换，就会产生一种不合需要的不对称的扫描电流，有了线性化线圈42就可以纠正这种电流。

由于附图中描绘的电路实质上是一个振荡器，在各个组件上都会产生很高的电压和电流，特别是当MOSFET控制晶体管11A、 11B、11C断开，使结点40与接地绝缘时，结点40与接地之间会产生回扫电压。好的办法是将回扫电容器44A、44B、44C和回扫二极管45A、45B、45C串联，并将相应的MOSFET晶体管11A、11B、11C的漏极端点与源极端点并联，这样在结点40上产生的高电压就会平均地分布在11A、11B、11C三个晶体管上。一旦三个晶体管在回扫期间的开始和结束时不能准确地同时接通或断开，这样的联接就可以防止整个结点40的电压产生在11A、11B、11C中的某一个单个晶体管上上。

如上所述，在回扫期间开始时，控制部分10断开晶体管11A、11B、11C。此断开动作必须迅速，以便保证最大限度的电流流进回扫电容器44A、44B、44C。控制部分10是通过控制晶体管栅极的电流来断开晶体管11A、11B、11C的，即减小各个栅极的电荷电平。同时，结点40迅速增大的电压将会通过晶体管内的漏极-栅极电容把电流注入晶体管的栅极，这样便可增加栅极上的电荷，以保持晶体管11A、11B、11C接通。因此，为了尽快缩短断开时间，控制部分10移动电流的速率应能足以供应注入的电流。这一点可以通过对电源电压形成高栅极来实现，用齐纳二极管31A、31B、31C来限制电压防止晶体管11A、11B、11C损坏。

虽然这个水平偏转电路已经叙述了有三个级联的MOSFEF晶体管11A、11B、11C、根据在结点40上形成的电压和每个晶体管可以承受的电压，在电路上可以多级联或少级联几个晶体管，以及相应的回扫二极管和回扫电容器。但是，由于每个MOSFET 晶体管都有一定的电阻，尽管很低，因此当晶体管接通时，级联晶体管的数目直接影响结点40与接地之间的串联电阻。这种电流通路的电阻可以用调节整形电容器43的电容和线性化线圈42的电感来补偿。例如，在结点40通往级联MOSFET晶体管的通路上的较大的电阻，可以用增大整形电容器43的电容来补偿。然而，在左向扫描期间，当晶体管断开时，整形电容器43的电容将是很大的，可以用增大线性化线圈42的电感来补偿。具体电路元件的电容：电阻、电感的具体值因两个方向偏转所需的时间（即，电子束在荧光屏上从左向右边偏转所需的时间和电子束从右向左回扫所需要的时间）以及所产生的电压和电流而定。

最后，还有一点值得一提的是，采用MOSFETs作为晶体管11A、11B、11C的开关，可使附图中描绘的水平偏转电路达到迅速偏转。由于MOSFETs的电荷存储和电容一般都低于双极晶体管的，MOSFETs可以比双极晶体管较快地进行接通和断开，这样有利于在扫描和回扫之间进行快速的开关。此外，对MOSFETs进行级联可以采用现行使用的MOSFETs，并使它们共同承受偏转电路中产生的高电压。

以上所述仅限于本发明的一个具体实例。但是很明显，利用本发明的部分或全部成就，可以作出许多变型和改型，都包括在本发明的精神和范围内。

Claims

1、一种利用产生磁偏转信号来控制阴极射线管中电子束偏转的偏转电路，该偏转电路包括：

开关装置，包括许多级联的MOSFET晶体管，这些晶体管全部由下述控制计时信号并联控制，使其在扫描时间期间处于接通状态，在回扫时间处于断开状态；

与上述开关装置相连的偏转装置，与上述级联的MOSFET晶体管跨接，以产生上述的磁偏转信号，使电子束在扫描时间期间向一个方面偏转；

产生控制计时信号的计时装置，具有选择条件，用以确定扫描时间和回归时间；所作的改进在于：

变压器装置，具有一个初级线圈和许多次级线圈，次级线圈的数目与开关装置中MOSFET晶体管的数目相对应，

初级线圈与一个电压源和一个开关相连接，该开关能使电压源在扫描时间期间给初级线圈通电，在回扫时间期间给初级线圈断电；

每个次级线圈都与MOSFET晶体管中的一个晶体管的栅极相连接，以控制MOSFET晶体管，使其在扫描时间处于接通状态，在回扫时间期间处于断开状态。

2、如权利要求1所定义的偏转电路，其中还包括电阻装置和电压限制装置，电阻装置连接在每个次级线圈的栅极端点和相关的MOSFET晶体管的栅极端点之间。电压限制装置与每个栅极端点相连接，用以限制栅极端点的电压电平。

3、如权利要求1所定义的偏转电路，其中的偏转装置包括：

电源线圈装置，包含一个可激励的线圈，该线圈与一个向结点提供电流的电源相连接，电源线圈与上述开关装置相连，用以控制该结点;

与上述结点相连的偏转线圈装置，根据流经线圈装置的电流强度和方向，产生磁场，用以控制上述电子束的偏转;

用以控制通过上述偏转线圈装置的电流流速的偏转控制装置，该装置控制上述电子束的偏转量;

回扫装置，包含许多回扫电容器和回扫二极管，其中每一个电容器和二极管都并联在上述MOSFET晶体管之一的源极端点和漏级端点之间，以便当相关的MOSFET晶体管都处于断开状态时控制回扫。