DE1012002B - Ablenkspannungsgenerator - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die bekannten, einen Zeitkonstantenkreis enthaltenden Ablenkspannungsgeneratoren haben eine exponentiell« Spannunigscharakteristik, und man erhält mit ihrer Hilfe eine mit der Zeit annähernd linear veränderliche Ablenkspannung, indem man nur einen begrenzten, annähernd linearen Teil der exponentiellen Charakteristik ausnutzt. Diese Linearität ist jedoch für gewisse Zwecke nicht ausreichend, und der Zweck der Erfindung besteht in der Schaffung eines Ablenkspannungsgenerators, der eine mit der Zeit nahezu völ-Hg linear verlaufende Ablenkspannung liefert. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß der Ablenkspannungsgenerator aus einem Schwingungserzeuger mit zwei Ausgangskreisen und einem für beide Ausgangskreise gemeinsamen, aus· einem Widerstand und einem Kondensator bestehenden Zeitkonstantenkreis gebildet wird, wobei der erste Ausgangskreis eine, sägezahnförmige Spannung mit einer nichtlinearen Komponente liefert und aus dem Ausgangsstrom des zweiten Ausgangskreises im genannten Zeitkonstantenkreis eine Steuerspannung abgeleitet wird, die eine der nichtlinearen Komponenten der Ausgangsspannung des ersten Ausgangskreises etwa gleich große, aber entgegengesetzte Polarität aufweisende nichtlineare Komponente enthält und mit der Ausgangsspannung des ersten Ausgangskreises zu einer im wesentlichen linearen, sägezahnförmigen Ablenkspannung vereinigt wird. Als Schwingungserzeuger kann vorzugsweise eine an sich bekannte Transistor-Kippschaltung verwendet werden.

Die Erfindung wird an Hand ihres in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Der in Fig. 1 dargestellte Ablenkspannungsgenerator 10 enthält einen Transistor 11 mit veränderlicher Leitfähigkeit, der mit einem Emitter 12, einer Basis 14 und einem Kollektor 15 versehen ist. Der Transistor wird durch eine Spannungsquelle E_e, welche mit ihrem positiven Pol über den Widerstand 16 an den Emitter 12 und mit ihrem negativen Pol über den Widerstand 19 an die Basis 14 angeschlossen ist, im Zustand hoher Leitfähigkeit gehalten. Die Leitfähigkeit des Transistors kann durch Auslöseimpulse periodisch herabgesetzt werden, welche dem Kollektor 15 über einen Kondensator 21 von einer Impulsquelle 20 zügeführt werden.

Der Transistor besitzt zwei Ausgangskreise. Der erste Ausgangskreis besteht aus einem an den Emitter 12 angeschlossenen, von dem Widerstand 16 und einem Kondensator 23 gebildeten Zeitkonstantennetzwerk, das über einen weiteren, von einem Widerstand 24 und einem dazu parallel geschalteten Kondensator 30 gebildeten Zeitkonstantenkreis zwischen die Spannungsquelle + Bg und eine Spannungsquelle — B_e ge-Ablenkspannungsgenerator

Anmelder:

Hazeltine Corporation,
Washington, D. C. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. W. Mouths, Patentanwalt,
Frankfurt/M., Börsenstr. 17

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 26. Januar 1954

Rodger Elmo Turnage jun„ Babylon, N. Y. (V. St. A.), ist als Erfinder genannt worden

schaltet ist. Der zweite Ausgangskreis verläuft von der Spannungsquelle +E_e über den Widerstand 16, den Transistor 11, einen an den Kollektor 15 des Transistors 11 angeschlossenen Widerstand 25 sowie über den für beide Ausgangskreise gemeinsamen Zeitkonstantenkreis 24, 30 zur Spannungsquelle —B_c. Der Wert des Widerstandes 24 ist vorzugsweise um eine Größenordnung kleiner als derjenige des Widerstandes 16, so daß der Zeitkonstantenkreis 24, 30 die Ladungszeit des Kondensators 23 nicht nennenswert beeinflußt. Aus demselben Grunde soll die Zeitkonstante des Zeitkonstantenkreises 24,30 vorzugsweise um eine Größenordnung kleiner sein als diejenige des Zeitkonstantennetzwerkes 16, 23. Die Werte der Widerstände 24 und 25 sowie des Kondensators 30 werden im Verhältnis zueinander zweckmäßig so gewählt, daß die Amplitude der nichtlinearen Komponente der im Zeitkonstantenkreis 24, 30 aus dem Ausgangsstrom des zweiten Ausgangskreises abgeleiteten Steuerspannung etwa gleich der Amplitude der nichtlinearen Komponente der Ausgangsspannung des ersten Ausgangskreises sei.

Zwischen den Kollektor 15 und die Spannungsquelle — B_c ist ein Widerstand 28 über einen Spannungsteiler 29 eingeschaltet, mit dessen Hilfe die sich beim Austausch des Transistors 11 etwa ergebenden Änderungen der Transistorparameter ausgeglichen werden können. An den Ablenkspannungsgenerator 10 ist eine Nutzlast 32 angeschlossen, die beispielsweise aus einem Verstärker und der damit verbundenen Ablenkspule einer Kathodenstrahlröhre bestehen kann.

Die Wirkungsweise der Anordnung gemäß Fig. 1 wird an Hand der in Fig. 2 und 3 dargestellten Diagramme näher erläutert.

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Der Generator 10 arbeitet vorzugsweise in bekannter Weise als Schaltkreis mit nur einem stabilen Betriebszustand, dessen durch die Kurve A der Fig. 2 dargestellte statische Emitter-Strom-Spannungscharakteristik sich über verschiedene. Bereiche der Leitfähigkeit des Emitterkreises erstreckt, wobei die Emitterspannung v_e vom Spannungsniveau 0 ausgehend aufgetragen ist. Der Emitterstrom ist mit i_e bezeichnet. Der durch den Abschnitt 41 der Kurve A dargestellte erste Bereich ist ein solcher niedriger positiver Leitfähigkeit, der durch den Abschnitt 42 der Kurve A dargestellte zweite Bereich ist ein solcher hoher negativer Leitfähigkeit, während der durch den Abschnitt 43 der Kurve A dargestellte dritte Bereich ein solcher verhältnismäßig hoher positiver Leitfähigkeit ist. Entsprechend diesen drei Betriebsbereichen der Generatorleitfähigkeit arbeitet der Transistor 41 in Betriebszu ständen niedriger, mittlerer und hoher Emitter-Kollektor-Leitfähigkeit. Durch die Vorspannung +E_e und durch den Widerstand 16 wird die durch die Kurve B der Fig. 2 dargestellte Emitter-Belastungs ■ charakteristik des Generators 10 bestimmt, welche die durch die Kurve ^4 dargestellte Emitter-Strom-Spaiinungscharakteristik beispielsweise im Punkt α schneiden kann. Dieser Schnittpunkt stellt einen Ruhe-Arbeitspunkt im Bereich der verhältnismäßig hohen Generatorleitfähigkeit dar.

Von der Impulsquelle 20 werden dem Kollektor 15 sich in regelmäßigen Abständen wiederholende, durch entlang des Abschnittes 41 der Kurve A zum Punkt d. Bei dieser Verschiebung des Betriebspunktes unter gleichzeitiger Ladung des Kondensators 23 ergibt sich an diesem Kondensator in der Zeitspanne ί_χ-ί₂ die durch die gestrichelt gezeichnete Kurve E der Fig. 3 dargestellte Ablenkspannung, die eine nichtlineare Komponente positiver Polarität hat und beispiels-:· weise exponentiell verlaufen kann. Mit »positiver Polarität« ist gemeint, daß die nichtlineare Komponente eine derartige Polarität hat, daß die Ablenkspannung von ihrem linearen Verlauf in Richtung höherer positiver Spannungen abweicht. Der Prozentsatz der Nichtlinearität der Kurve E, d. h. das Verhältnis der größten Abweichung der Kurve E von der linearen Spannung zu der Größe der linearen Spannung, kann etwa in der Größenordnung von 15% liegen. Der für die Verschiebung des Betriebspunktes in den Punkt a der Kurve A benötigte Zeitraum wird durch die Zeitkonstante des Netzwerkes 16, 23 und durch den Unterschied der Spannungen am Kondensator 23 und der Spannungsquelle + E_e bestimmt. Dieser Zeitraum kann beispielsweise 20 Mikrosekunden betragen. '

Sobald die Emitterspannung so weit angestiegen ist, daß sich der Betriebspunkt im Punkt d befindet, verursacht eine weitere Spannungserhöhung das erneute Fließen von, positivem Emitterstrom, der eine verstärkte Erhöhung des Kollektorstromes zur Folge hat. Dadurch wird das Spannungsniveau an der Basis negativer, d: h. die Vorspannung zwischen Emitter

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gg

die Kurve D der Fig. 3 dargestellte Auslöseimpulse 30 und Basis wird erhöht, und infolgedessen steigt der zugeführt, durch welche die Leitfähigkeit des Tran- Emitterstrom noch weiter an. Dieser Rückkopp lungs-

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sistors- 11 periodisch geändert wird. Diese Auslöseimpulse können beispielsweise eine Dauer von etwa ' einer Mikrosekunde haben und ihre Wiederholungsfrequenz kann etwa 1000 pro, Sekunde sein. Ein solcher Impuls wird dem Kollektor 15 in dem Zeitpunkt i; zugeführt, in welchem der Transistor sich im Betriebszustand hoher Emitter-Kollektor-Leiitfähigkeit und hoher Kollektor-Basis-Leitfähigkeit befindet. Infolgedessen wird ein erheblicher Teil des Auslöseimpulses zum Basiswiderstand 19 übergeführt und dadurch wird das Spannungsniveau an der Basis 14 erhöht, was eine Verminderung der Spannungsdifferenz zwischen Emitter und Basis und damit eine entsprechende Verminderung des Emitterstromes zur Folge hat.

Die durch den Auslöseimpuls verursachte Verminderung des Emitterstromes hat infolge der Verstärkung innerhalb des Transistors eine erhöhte Verminderung des Kollektor stromes zur Folge, wodurch der durch den Kollektorstrom verursachte Spannungsabfall am Basiswiderstand 19 vermindert wird. Infolgedessen steigt das Spannungsniveau an der Basis 14 schnell an, und dadurch wird der Emitterstrom noch weiter vermindert. Dieser Rückkopplungsvorgang ist kumulativ, so daß der Betriebszustand des Transistors fast augenblicklich in einen solchen geringer Leitfähigkeit übergeführt wird. Diese Änderung ist in Fig. 2 durch die entlang der Linie 44 erfolgende Verschiebung des Betriebspunktes vom Punkt b zum. Punkt c dargestellt. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, bleibt die Emitterspannung während dieser Änderung im wesentlichen unverändert, weil die Spannung am Kondensator 23 sich nicht plötzlich ändern kann. .

Da jetzt ein sehr kleiner umgekehrter Emitterstrom fließt, steigt das Spannungsniveau am Emitter 12 mit einer Geschwindigkeit an, welche durch die Zeitkonstante des Widerstandes 16 und des bei der Erhöhung des Spannungsniveaus aufgeladenen Kondensators 23 bestimmt wird. Während der Ladung des Kondensavorgang setzt sich fort, bis der Transistor erneut den Betriebszustand hoher Leitfähigkeit erreicht. Diese Erhöhung der Leitfähigkeit findet ihren Ausdrucken der Verschiebung des Betriebspunktes entlang der gestrichelten Linie 45 vom Punkt d zum Punkt e. Diese Verschiebung erfolgt fast augenblicklich und geht bei konstantem Spannungsniveau vor sich, weil die Spännung am Kondensator 23 sich nicht plötzlich ändern kann.

Bei dem jetzt gegebenen Betriebszustand hoher Leitfähigkeit des Transistors fließt die während des Betriebszustandes niedriger Leitfähigkeit angesammelte Ladung des Kondensators 23 über den Transistor und den Belastungswiderstand 25 ab, wodurch sich der Betriebspunkt vom Punkt e zum ursprünglichen Ruhepunkt α verschiebt. Infolge der geringen Impedanz dieses Entladungsweges geht die Änderung der Emitterspannung ziemlich schnell vor sich und ergibt den durch die Kurve E der Fig. 3 dargestellten schnellen Abfall der Ablenkspannung nach dem Zeitpunkt i₂. Hiernach verbleibt der Transistor im Betriebszustand hoher Leitfähigkeit und der Betriebspunkt verweilt so- lange im Ruhepunkt α der Kurve A₁ bis im Zeitpunkt t_z ein neuer Auslöseimpuls D eintrifft und einen erneuten Ablauf der vorhin beschriebenen Vorgänge hervorruft.

Während der vorhin beschriebenen Betriebsperiöde wechselt die -Leitfähigkeit des Transistors 11 vöii einem hohen Wert zu einem niedrigen Wert und dann wieder zu einem hohen Wert. Infolgedessen erfährt der KoUektorstroni eine einer etwa rechteckigen Wellenform entsprechende Änderung und dies ergibt in dem aus dem Widerstand 24, dem Belastungswidetstand 25 und dem Kondensator 30 bestehenden Netfc- ■ werk eine gemäß der Kurve F der Fig. 3 verlaufende Kollektorspannung negativer Polarität. Der Kollektorstrom ruft am Widerstand 24 eine sägezahnförmige Spannung mit einer durch die Kurve G der Fig. 3

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. d r g des Kond Spng mt d d d g

tors 23 verschiebt sich der Betriebspunkt vom Punkt c 70 dargestellten nichtlinearen Komponente negative^ 1¹JII|

Claims (1)

5 6 Polarität hervor. Die Amplitude dieser niehtlinearen kreis (23, 24, 30, 16) zur Erzeugung einer säge- Komponente negativer Polarität soll vorzugsweise zahnförmigen Ausgangsspannung mit einer nicht- etwa gleich der Amplitude der niehtlinearen Kompo- linearen Komponente, gekennzeichnet durch einen nente positiver Polarität der vom Emitter gelieferten zweiten Ausgangskreis (25, 24, 30) zur Erzeugung Ablenkspannung sein. 5 einer Steuerspannung sowie durch einen aus Da das vom Widerstand 24 und vom Kondensator einem Widerstand (24) und einem Kondensator 30 gebildete Netzwerk im ersten Ausgangskreis des (30) gebildeten Zeitkonstantenkreis, der für beide Generators mit dem Kondensator 23 in Reihe geschal- Ausgangskreise gemeinsam ist und dem die tet ist, addiert sich die durch die Kurve G dargestellte Steuerspannung so zugeführt wird, daß über ihm negative Spannung zu der durch die Kurve E darge- io eine der niehtlinearen Komponente der Ausgangsstellten positiven Ablenkspannung, so daß man die spannung des ersten Ausgangskreises etwa gleich durch die Kurve H dargestellte resultierende Ablenk- große, aber entgegengesetztes Vorzeichen aufweispannung erhält, die weitgehend linear ist. Diese sende nichtlineare Komponente entsteht, die mit lineare Ablenkspannung wird dann dem Gerat 32 zu- der Ausgangsspannung des ersten Ausgangsgeführt. 15 kreises zu einer im wesentlichen linearen, säge- Die am Kollektor 15 wirksame Vorspannung kann zahnförmigen Ablenkspannung vereinigt wird, mit Hilfe des Spannungsteilers 29 geregelt werden, 2. Ablenkspannungsgenerator nach Anspruch 1, um durch Änderungen der Parameter des Transistors dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungs- 11 verursachte unerwünschte Änderungen der Be- erzeuger aus einer an sich bekannten Transistor- triebszustände auszugleichen, die sich beispielsweise 20 Kippschaltung besteht und daß der erste Aus- durch Alterung des Transistors oder beim Ersatz des gangskreis an den Emitter des Transistors und Transistors durch einen anderen ergeben können. der genannte zweite Ausgangskreis an den Emitter Es ist selbstverständlich nicht unbedingt erforder- und den Kollektor des Transistors angeschlossen lieh, daß der Generator 10 durch Auslöseimpülse ge- ist. steuert wird, vielmehr kann der Generator auch so 25 3. Ablenkspannungsgenerator nach Anspruch 2, ausgebildet werden, daß er frei schwingt. Dies kann dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ausgangsman beispielsweise durch eine derartige Bemessung kreis ein Zeitkonstantennetzwerk enthält, dessen der Emitterspannungsquelle + Ee und des Wider- Zeitkonstante um eine Größenordnung größer ist Standes 16 erreichen, daß die durch die KurveB der als diejenige des für beide Ausgangskreise gemein-Figuir dargestellte Belastungscharakteristik des Emit- 30 samen Zeitkonstantenkreises, ters die Kurve A in einem Punkt des Abschnittes 42 4. Ablenkspannungsgenerator nach Anspruch 3, dieser Kurve schneidet. Hierbei wird die Wirkungs- dadurch gekennzeichnet, daß das zum ersten Ausweise des Generators 10 ebenso, wie oben beschrieben, gangskreis gehörige Zeitkonstantennetzwerk einen nur daß hierbei kein Ruhe-Arbeitspunkt vorhanden ist, Widerstand enthält, dessen Wert um eine Größenso daß der Generator frei schwingt. 35 Ordnung größer ist, als der Wert desjenigen Die Schaltelemente der in Fig. 1 dargestellten An- Widerstandes, der einen Bestandteil des für beide Ordnung können beispielsweise wie folgt bemessen Ausgangskreise gemeinsamen Zeitkonstantenkrei- werden: ses bildet. T, , , O1Λ cnriπ· r j 5. Ablenkspannungsgenerator nach einem oder Kondensator 21 1500 Picofarad , ja ·· c η u· a j j i_ 1 T, j , oo, sr\r\ τ>· r j 40 mehreren der Anspruches bis 4, dadurch gekenn- Kondensator 23 4 600 Picofarad ., . j Q j-tmwjj t< · ^. Kondensator 30 2 200 Picofarad zeichnet, daß an die E ektroden des Transistors Widerstand 16 33 000 Ohm Vorspannungen angelegt sind, welche dem Tran- ,,,., , , Λη<nnmn, sistor eine hohe Leitfähigkeit verleihen, wobei mit Widerstand 19 10 000 Ohm , rr u, , , ^ ö. . . c ' . , -[υ·· j j. j r,A ,£orv/~vi. dem Kollektor des Iransistors eineSteuerimpuls - Widerstand 24 680 Ohm „ ^j-^jij -i-ij· Widerstand 25 1 200 Ohm 45 f fe verbunden ist durch deren periodisch auf- Widerstand 28 6 800 Ohm trete"?e ,IraPulse d?e Lertfelugkeit des Transistors ■ur-j i j on ·ιηηηη/~.ι. periodisch vermindert wird. Widerstand 29 10 000 Ohm ^ Transistor 11 Western Electric Type A1698 τ Ώ , t . ^ , . .,. Spannungsquelle + Ee + 100 Volt π + 1^ Be^radlt if^ene Druckschriften: Spannungsquelle -E0 -50VoIt 5° 7Λ?^ώ€ Patentschriften Nr. 897 299, 865 494, Zoo ο /y, Kerkhof u. Werner, »Fernsehen«, 1951, S. 199 Patentansprüche: bis 203, Ausgabe der Philips' Gloeilampenfabrieken —

1. Ablenkspannungsgenerator mit einem Schwin- Eindhoven;

gungserzeuger (11) mit einem ersten Ausgangs- 55 »Funktechnik« 1953, Nr. 21, S. 675 bis 677.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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