CN1145350C - 视频显示保护电路 - Google Patents

Abstract

一种栅极反冲电路，供将电子束截止电压加到显像管的栅极上，从而起局部烧伤保护作用。栅极反冲电路有第一和第二共发射极开关电路。当不需要电子束消隐时，第一开关电路截止。当需要电子束截止时，共发射极放大器导通，并将电容器的第一电极箝位到地电位，使电容器两端产生的截止电压加到显像管的栅极上。在此期间，耦合在共发射极开关电路与第二电流通路之间的第三阈导电开关电路使共基极放大器的工作电流改变流向。

Description

视频显示保护电路

本发明涉及诸如电视接收机、计算机和其它监视器之类的视频显示设备，更具体地说，涉及给这类设备中使用的显像管提供荧光层烧伤保护的一种保护电路，保护是通过需要保护时给显示像管的控制栅极加上电子束截止偏压进行的。

直观和投影式显示系统通常采用显像管作为显示器。显像管在正常工作的过程中，扫描电路使电子束偏转，在显像管的面板上产生较大面积的光栅，电子束经视频调制通过激活淀积在面板上的荧光层产生可观赏的画面。在正常工作时，电子束能量是分布在显像管面板的整个表面的。若出现扫描损失，电子束能量可能会集中在面板较小的部位上，从而使荧光层永久损坏，这叫做“局部烧伤”。扫描损失可能在下列情况下出现：在“热启动”情况下(即接收机快速反复地接通/断开时)接通显示器时，或者，例如元件出故障时。

此外，关掉显示像管时也会出现扫描损失。断开显示像管的电源时，阴极在充分冷却下来之前是断续发射电子的，因而阴极在偏转电压切断之后一定时间内继续发射逐渐衰减的电子束。为避免面板在此期间局部烧伤，最好在阴极与控制栅极之间保持充分的偏压，以避免逐渐衰减的电子束在没有偏转电压的情况下照射面板。

在正常工作的过程中，阴极与控制栅极之间是维持一定的电压差的。电压差大，电子束照射到显示屏上的照度级就低。电压差小，电子束照射到显示屏上的照度级就高。举例说，阴极电压一般在180伏左右，栅极电压一般约在10伏至20伏左右的范围，调制阴极电压的目的就是要减少电压差从而改变照度级。关掉显示器时，阴极与栅极的电压差趋近于零，若没有偏转电压，零阴极偏压使电子束集中到显示屏极小的部位上。

显像管关掉过程中防止局部烧伤的一个方法叫做“栅极反冲”法。这种方法是将电荷储存器件耦合到阴极射线管的控制栅极上，再通过一个开关器件耦合到电压源上。在耦合到开关器件控制输入端的控制信号表明有偏转信号出现时，电荷储存器件由电压源通过开关器件充电。开关器件在控制信号表明没有偏转信号出现时将电源电压从电荷储存器件去耦，并往控制栅极上加消隐电压。这样，当阴极电压减弱时，阴极与控制栅极之间就维持充分的电压差，从而使显示屏保持消隐状态。这种方法在例如1992年2月18日颁发给John B.George题为“阴极射线管的保护电路”的美国专利5,089,754中有介绍。另一“栅极反冲”式显像管保护电路的实例有Gurley等人在1991年8月27日颁发的题为“带显像管局部烧伤保护电路的视频显示设备”的美国专利5,043,639中介绍的那一种。Gurley等人的电路与George的电路类似，但采用无源充电源，且在电容器的极板与地之间接了一个开关器件。

虽然上述栅极反冲电路只采用一个开关器件，但这些电路比起例如采用多重开关器件的电路(例如汤姆逊消费者电子设备公司出品的CTC-195型彩色电视接收机中采用的栅极反冲电路)来，其附加偏置电路则较为复杂。本说明书的图1就是电视接收机中这种栅极反冲电路的原理图。

CTC-195电视接收机的栅极反冲电路采用一对开关器件有这样的好处：可以有效减小栅极反冲电容器的电容从而快速降低栅极电压，而且在电视接收机正常工作的过程中可有效调节直流偏压。

CTC-195栅极反冲电路的上述需要消隐时能有效减小反冲电容器的电容、不需要消隐时能有效调节栅偏压的有利特点可能会使人认为这种电路无需进一步改进。

但按照本发明的一个方面，发现在栅极反冲电路的一些应用中，最好进一步提高栅极反冲电路的性能。具体地说，发现在栅极反冲电路电源电压较低的应用场合，需要提高栅极反冲电路的充电效率。如稍后对现有技术的图1即将详细说明的那样，现有技术电路的充电效率以储存在电容器上的电压作为高电压源值的百分比表示仅为60％左右。虽然这种充电效率在电源电压为250伏级的情况下是完全足够的，但在高电压源明显低于250伏的情况下则可能会使电子束截止电压特性进入临界状态。

因此，总希望能提供一种反冲电容器充电效率有所提高的栅极反冲电路。

本发明给显像管的栅极提供电子束截止偏压的局部烧伤保护设备有一个具第一电极和第二电极的电容器和一个提供电子束截止控制信号的信号源。此外还配备有第一开关电路、第二开关电路和电路装置。第一开关电路的作用是根据控制信号在不需要电子束截止时的第一种情况将充电电流从第一电压源加到电容器的第一电极上，并根据控制信号在需要电子束截止时的第二种情况将电容器的第二电极耦合到一个基准电位上。第二开关电路的输出端耦合到电容器的第二极电和显像管的栅极，第二开关电路起作用时将第二电压源耦合到输出端上，不起作用时将输出端与第二电压源隔离开来。电路装置的作用是在不需要电子束截止时通过与充电电流无关的电流源启动第二开关电路，否则使第二电路不起作用。

在应用本发明原理的实施例中，电路装置由一个线性电路通路和一个非线性电路通路组成。线性电路通路的作用是在不需要电子束截止时将工作电流直接从第一电压源提供给第二开关电路的输入端。非线性电路通路的作用是在需要电子束截止时使工作电流从线性电路通路转入第一开关电路中。

附图中示出了本发明的上述和其它特点，其中相同的元件以相同的编号和符号表示。附图中：

图1是现有技术具栅偏压控制电路的电视机的部分方框电路图；

图2是本发明具栅偏压控制电路的电视机的部分方框电路图。

图1是显示系统5，其视频处理和偏转单元6是一般设计的，具有多个输入端7和一个输出端，输入端供接收拟显示的输入信号，输出端通过显像管驱动放大器8耦合到显像管10的阴极K上。单元6还给显像管10的偏转线圈Y提供偏转信号。处理偏转单元6和驱动放大器8由电源12供电。控制单元14控制电源12并给单元6提供控制信号，供控制电视接收机中例如诸如频道选择、信号源选择等之类的功能。电源12还给“栅极反冲”式电子束消隐电路的栅偏压控制电路20(用虚线框起来)的第一供电端16提供+250伏电压。电路20的第二供电端18供接收电源12来的23伏栅偏压。扫描损失检测器30耦合到视频处理偏转机构6的输出端，以给栅偏压控制电路20的输入端22提供表示有扫描损失产生的输出信号。检测器30可以是一般设计的象检测有无水平脉冲的那一种检测器，例如George上述专利所公开的那一种。另一种适用的扫描损失检测器也可以是检测机构6偏转处理部分中供电电压的那一种。为举例说明起见，假设检测器30在需要电子束截止时(即在扫描出故障期间)给端子22提供电流，在不需要电子束截止时(即在正常扫描期间)不给端子22提供电流。栅极反冲电路20的输出端24耦合到显像管10的控制栅极G1上，给G1在接收机正常工作期间提供约+23伏经调节的正栅压，并在需要消隐时(在扫描损失的情况下)给G1提供栅极截止电压。

为举例说明和讨论起见，栅偏压控制电路20的原理图中列出了元件电路值的实例。电路20的共发射结放大器Q1，其基极B1耦合到输入端22，其集电极C1经电阻器R1耦合到+250伏电源端子16上。集电极C1还耦合到共基极放大器Q2的发射极E2，并耦合到栅极反冲电容器CK的第一电极1上。电容器CK的第二电极2耦合到共基极放大器Q2的集电极C2上，并经电阻器R3耦合到栅极反冲输出端24上。共基极放大器Q2的基极偏压由二极管D1和串联电阻器R4提供，旨在将基极B2的基极电流引向+23伏电源端子18上。二极管D1起保护电路免受Vber击穿电压(可逆性基极-发射机击穿)的作用。

工作时，当扫描正常因而不需要栅截止偏压时，检测器30给共发射极连接的放大器晶体管Q1的基极B1提供零导通电流，从而使Q1截止，并使充电电流从+250电源端子16通过电阻器R1流到栅极反冲电容器CK的第一电极(1)，再通过晶体管Q2的集电-基极结流到+23伏电源端子16上，使电容器充电。与此同时，流过电阻器R1的一部分电流还经电阻器R2流至晶体管Q2的输入端(发射极E2)，从而使晶体管放大器Q2饱和。Q2的这个饱和状态使电容器CK的第二电极(和栅极G1)箝位在大约23伏的电压(忽略不计小饱和状态和二极管D2的电压降)。这样，只要扫描正常，晶体管Q2就将栅极G1调节在23伏。

当出现扫描损失时，检测器30给晶体管Q1将栅极反冲电容器CK的第一电极1箝位到地电位的基极B1发送导通电流，从而迫使电容器CK的第二电极2和栅极G1处于正比于CK正常工作期间的充电电压的负电位。与此同时，由于Q2的发射极E2接Q1的集电极C1，因而消除了晶体管Q2的所有发射极电流，从而使Q2截止。就这样，Q2控制得使其在Q1截止时导通，Q1导通时截止。

综上所述，可以看出，现有技术的栅偏压电路20有这样的好处：在需要消隐时，可以有效地减小电容器CK的电压达到快速截止电子束的目的，在不需要消隐时可以调节控制栅极G1的电压。现在谈谈上述有关电容器充电效率的问题。

重温一下上述的讨论：在正常操作期间，当不需要电子束消隐时，流经电阻器R1的一部分电流给栅极反冲电路器CK充电，流经电阻器R1的另一部分电流流到共基极放大器晶体管Q2的发射极E2，以保持晶体管Q2处于饱和状态从而将栅电压调节在+23伏。由于电阻器R1的一些电流因此改变流动方向供控制晶体管Q2用，因而电容器CK在端子16处的充电电势小于+250伏电源。

从定量上说，所例举元件值和电压下的充电效率可以计算如下。在正常工作期间，在Q2饱和的情况下，电阻器R1，R2和R4形成分压器。因此，实际储存在栅极反冲电容器CK的电压等于端子16和18处供电电压的电压差(250-23)乘以等于430千欧/(220千欧+430千欧+3千欧)的分压器比。忽略不计二极管压降和Q2的饱和电压，这相当于250伏电源电压下大约149.5伏储存在电容器CK上的净电压值，从而得出充电效率为所使用电源电压的大约60％。

上面说过，本发明部分是在于现有技术电路充电效率差而提出的。这对刚说明的现有的技术电路的应用并没有任何特殊意义，因为现行的电源为+250伏。但这里考虑到在可使用的电压较低(例如+200伏)的场合应用栅极反冲时，由于上述效率问题，现有技术电路的性能可能不足以使显像管达到完全消隐的水平。对这种需要提高充电效率的应用场合，按照本发明，图1的电路20可修改为图2中所示的那一种。

图2栅偏压控制电路中所作的主要修改是增设了电路200，供控制共基极放大器的晶体管Q2之用。此外，电源电压分别从+250伏和+23伏降低到+200伏和+12伏。其它方面的修改稍后将谈到。电路200中，原先接Q1的集电极C1的电阻器R2直接通过附加电阻器R5接高电压源端子16。此外还增设了二极管D3。二极管D3的正极接电阻器R2和R5的公共连接点202，负极接晶体管Q1的集电极C1。另一修改是，Vber保护二极管D1不是与R4串联而是跨接在Q2的基极-发射结两端。举例说，修改后栅偏压控制电路的元件值如下：电阻器R1和R5为330千欧，电阻器R2为100千欧，电阻器R3和R4为220欧。另外，电容器CK的电容值也增加到10微法。

工作时，电路200控制共基极放大器晶体管Q2的工作过程，这是通过用从高电压源16通过包括串联连接的电阻器R2和R5的电路通路供来的电流启动晶体管(即给Q2加偏压)进行的，该启动电流完全与流过形成电路通路的电阻器R1的电流电流无关。这样，所有通过电阻器R1的充电电流完全用以给栅极反冲电容器CK充电，因而充电效率非常高。具体地说，在又是忽略不计二极管压降的情况下，电容器充电到等于两电源电压差的电压，即188伏。于是，效率为188/200或约94％，这实质上比上述大约60％的充电效率高得多。

然而，充电效率在晶体管Q2的控制方向仍然存在问题。这个问题是通过增设二极管D2解决的。二极管D2在晶体管Q1导通时将放大器Q2的所有发射极电流引入地中，从而在栅极反冲的过程中使晶体管Q2截止。于是，电容器CK通过含电阻器R1的电路通路充电到较高的电压，同时晶体管Q2在扫描损失检测器30提供的控制信号表明不需要电子束截止时因流过含电阻器R2和R5的电路通路的独立电流而导通，晶体管Q1截止。当控制信号表明需要电子束截止时，晶体管Q1因而导通，从而使二极管D2导通，进而使电流改向，从晶体管Q2的发射极流经电阻器R2和二极管D2。于是，晶体管Q2截止，充电过程中在电容器CK的第二电极上产生的较高负电压加到栅极G1上。应该指出的是，电阻器R2在电路200的整个工作过程中起重要的作用。具体地说，此电阻器在晶体管Q1导通时起防止低电压源(+12伏)短路的作用。如果没有电阻器R2，只有220欧较低阻值的基极电阻器可以在Q2导通时用来限制流经二极管D1和D2以及晶体管Q2的电流。

虽然上面已就本发明的实施例说明本发明，但本技术领域的一般技术人员都知道，在不脱离本发明的精神实质的前提下是可以对上述实施例进行种种修改和更改的。不言而喻，本发明也可用于任何将能量引到显示屏给显示屏照明的视频显示设备，包括但不局限于直观和投影显示的电视接收机和计算机及其它监视器。应该理解的是，虽然图1和图2示出的是可用于投影显示系统的单阴极显像管，但本发明显然也可用于与各彩色信号通道有关的多阴极(例如三阴极度)显像管。因此，不言而喻，本发明旨在包括所有修改方案，因为这些方案是在本发明的精神实质和真实范围内。

Claims (10)

1.一种电子束截止偏压施加装置，用以将电子束截止偏压加到显示像管的栅极上，该装置包括下列部分：

一个电容(CK)，具有第一和第二电极(1，2)；

一个信号源(30)，供提供电子束截止控制信号，所述控制信号呈现出不需要电子束截止时的第一状态和需要电子束截止时的第二状态；

第一开关电路(Q1)，供不需要电子束截止时根据所述控制信号的第一状态使第一充电电流从第一电压源(+200伏)加到所述电容器的所述第一电极上，在需要电子束截止时根据所述控制信号的第二状态将所述电容器的所述第一电极耦合到一基准电位源上；

第二开关电路(Q2)，所述第二开关电路对第三开关电路的输出作出响应，第二开关电路的输出端(C2)耦合到所述电容器的所述第二电极上和所述显像管(10)的所述栅极(G1)上，供起作用时将第二电压源(+12伏)耦合到所述输出端上，不起作用时将所述输出端与所述第二电压源隔离开来，其特征在于：

所述第三开关电路(D2)对所述控制信号作出响应，使与所述第一电流无关的第二电流流向所述第二开关电路，从而在所述控制信号的第一状态期间使第二开关电路起作用，在所述控制信号的第二状态期间使所述第二开关电路不起作用。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一电流通过耦合在所述第一开关电路与所述第一电压源之间的第一电路通路(R1)提供；

所述第二电流通过耦合在所述第一电压源与所述第二开关电路之间的第二电路通路(R2，R5)提供；且

所述第三开关电路耦合在所述第一开关电路与所述第二电路通路之间，供使所述第二电流在需要电子束截止时从所述第二电路通路改向流到所述第一开关电路中。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第三开关器件由一个阈值导电器件(D2)组成。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二开关电路有一个共基极放大器，放大器的基极(B2)耦合到所述第二电压源，放大器的集电极(C2)耦合到所述输出端，放大器的发射极(E2)耦合到所述第二电流通路。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第二电路通路具有第一和第二电阻器(R2，R5)，在所述第一电压源与所述共基极放大器(Q2)的所述发射极(E2)之间串联连接；且

所述第三开关电路(D2)耦合在所述第一开关电路与第一、第二电阻器之间连接点之间。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第三开关器件(D2)由一个阈值导电器件组成。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一开关电路有一个共发射极放大器(Q1)，放大器的基极(B1)耦合到所述电子束截止控制信号源，放大器的集电极(C1)耦合到所述第一电路通路和所述电容器的所述第一电极，放大器的发射极(E1)耦合到所述基准电压源。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一电路通路有一个第三电阻器(R1)。

9.一种电子束截止偏压施加装置，供将电子束截止偏压加到显像管的栅极上，所述装置包括下列各部分：

一个电容器(CK)，具有第一电极(1)和第二电极(2)；

一个信号源(30)，供提供电子束截止控制信号；

第一晶体管(Q1)，配置成共发射极放大器的结构，其基极(B1)耦合到所述电子束截止控制信号源上，其集电极(C1)经第一电路通路耦合到第一电压源(+200伏)和所述电容器的所述第一电极上，其发射极(E1)耦合到所述基准电压源上；

第二晶体管(Q2)，配置成共基极放大器的结构，其基极(B2)耦合到第二电压源，其集电极(C2)耦合到所述电容器的所述第二电极和所述栅极(G1)，其发射极(E2)经第二电路通路耦合到所述第一电压源上；其特征在于：

阈值导电器件(D2)耦合在所述第一与第二电路通路之间。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第一电路通路有一个第一电阻器(R1)；

所述第二电路通路有串联连接的第二和第三电阻器(R2，R5)；且

所述阈值导电器件(D2)耦合在所述第一晶体管的所述集电极与所述第二、第三电阻器之间的连接点之间。