DE1068398B - - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Pat γ,

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DER AUS LE GE S CHRI FT:

5. november 195 9

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines veränderlichen Magnetfeldes, welches z. B. zur Ablenkung des Elektronenstrahls einer Kathodenstrahlröhre verwendet wird.

Eine bekannte Anordnung zur Erzeugung eines Magnetfeldes, dessen Stärke als Funktion einer angelegten Steuerspannung veränderlich ist, enthält einen Verstärker, welcher im allgemeinen eine Elektronenröhre enthält und durch ein Spulensystem zur Erzeugung des Magnetfeldes belastet ist. Die an den Verstärker angelegten Signale werden in dem induktiven Belastungskreis integriert, und es ergibt sich eine zeitliche Änderung des Magnetfeldes. Eine solche Schaltung arbeitet nur dann einwandfrei, wenn der Widerstand des Spulensystems gegenüber der Induktivität vernachlässigbar ist, jedoch ist dies in der Praxis meist nicht zu erreichen. Es ist daher notwendig, eine Korrektur für den Widerstandsanteil des Spulensystems einzuführen, und es sind im Zusammenhang mit dieser Aufgabe bereits eine Reihe von Lösungen bekannt.

So ist z. B. bekannt, bei Schaltungen der erwähnten Art eine Kompensation der Widerstandskomponente der Impedanz der Ablenkspulen dadurch vorzunehmen, daß parallel zu den Spulen eine Reihenschaltung eines Widerstandes und eines Kondensators gelegt wird, deren Zeitkonstante gleich der der Ablenkspulen ist, und von dieser Schaltung eine Rückkopplungsspannung abzunehmen, die unmittelbar in den Eingangskreis des Verstärkers eingeführt wird. Anordnungen dieser Art haben den Nachteil, daß eine erhebliche gegenseitige Beeinflussung zwischen dem Eingangskreis und dem Rückkopplungskreis auftritt. Insbesondere ergeben sich dann Schwierigkeiten, wenn ein genaues Ansprechen auf Eingangssignale verschiedener Schwingungsformen gefordert ist, wenn also die Forderung gestellt ist, daß das erzeugte magnetische Feld stets proportional dem Zeitintegral des angelegten Eingangspotentials sein soll.

In einem Aufsatz in der Zeitschrift »Electronic Engineering«, Mai 1953, ist auf S. 193 eine Schaltung dargestellt, bei der die Rückkopplungsspannung über dem Kondensator und nicht über dem Widerstand des Zeitkonstantenkreises abgenommen wird. Die Rückkopplungsspannung gelangt zu dem Verstärkereingang über einen Rückkopplungskondensator, an den das Steuersignal über einen Widerstand angelegt wird. Bei dieser Schaltung ergibt sich der Nachteil, daß der das Magnetfeld erregende Strom nicht proportional der angelegten Steuerspannung ist, da eine gegenseitige Beeinflussung zwischen den Eingangssignal- und den Rückkopplungskreisen auftritt.

Die Erfindung bezweckt, diese Nachteile zu beheben, um sicherzustellen, daß das erzeugte Magnetfeld praktisch genau proportional dem Integral der angelegten Steuerspannung ist.

S ehaltungs anordnung
zur Erzeugung eines Magnetfeldes,

dessen Stärke proportional
dem Zeit-Integral einer angelegten
Steuerspannung ist

Anmelder:
Rank Cintel Limited, London

^x5 Vertreter: Dipl.-Ing. W. Florack, Dipl.-Ing. W. Cohausz und Dipl.-Ing. K. H. Eissel, Patentanwälte,
Düsseldorf, Schumannstr. 97

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 18. November 1955

John Lewis Edwin Baldwin, London,
ist als Erfinder genannt worden

Dies geschieht dadurch, daß bei einer Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Magnetfeldes, dessen Stärke proportional dem Zeitintegral einer angelegten Steuerspannung ist, mit einem spannungsgesteuerten Stromgenerator, der ein Spulensystem zur Erzeugung der Felder speist, und einer Reihenschaltung einer Kapazität und eines Widerstandes, die zu dem Spulensystem parallel geschaltet und so bemessen ist, daß ihre Zeitkonstante mindestens ungefähr gleich der des Spulensystems ist, wobei ein Ende des Widerstandes mit einem Punkt konstanten Potentials verbunden ist, erfindungsgemäß die über dem Widerstand abfallende Rückkopplungsspannung und die an den Generator angelegte Steuerspannung an eine Schaltung, z. B. einen Differentialverstärker, gelegt sind, in der die beiden Spannungen ohne Rückwirkung der Steuerspannung auf den Widerstand zusammengesetzt werden.

Die erwähnten Nachteile der bekannten Schaltungen werden bei Anwendung der Erfindung behoben. Es kann nun keine gegenseitige Beeinflussung mehr zwischen den Eingangssignal- und Rückkopplungskreisen auftreten, so daß die Schaltung genau auf Eingangssignale voneinander abweichender Schwingungsformen anspricht und ein

909 647/335

nagnetisches Feld erzeugt, das tatsächlich dem Integral Ies Eingangssignals proportional ist.

Vorzugsweise ist bei der erfindungsgemäßen Anordnung lie Steuerspannung an das Gitter einer ersten Röhre :ines kathodengekoppelten Elektronenröhrenpaares angeegt, während die über dem Widerstand abfallende Rück- :opplungsspannung an dem Gitter der zweiten Röhre Les Röhrenpaares liegt, wobei die Potentiale, die an der iber einen Widerstand mit der Spannungsleitung vermndenen Anode der zweiten Röhre auftreten, an den Singang des Verstärkers gelegt sind.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform Ier Erfindung ist die zu dem Spulensystem paralleliegende Schaltung so ausgelegt, daß die Parallelschaltung Ier erwähnten Schaltung und des Spulensystems eine m wesentlichen frequenzunabhängige Impedanz aufweist.

Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Anordnung cann es in manchen Fällen zweckmäßig sein, daß ein η der Schaltung vorhandener Widerstand von den übrigen Schaltungskomponenten getrennt untergebracht ist. Der Widerstand kann dann mit der Schaltung über eine Übertragungsleitung verbunden sein, deren Wellenwiderstand gleich dem Wert des Widerstandes ist.

Der Rückkopplungskreis kann in einer Anordnung jemäß der Erfindung auch in der Weise abgeändert werden, daß die Rückkopplung zur Kompensierung der nachteiligen Wirkung einer niedrigen Primärinduktivität ;ines Transformators dient, über den der Ausgang des Stromgenerators dem Spulensystem zugeführt wird. Die bei einer solchen Kompensation einzuhaltenden Bedingungen werden in der nachfolgenden Beschreibung noch näher erläutert.

In weiterer Ausbildung der vorbeschriebenen Ausführungsform kann die über dem Widerstand abfallende Spannung an eine Eingangsklemme eines Differenzverstärkers angelegt werden, wobei an die andere Eingangsklemme des Verstärkers die Steuerspannung angelegt ist, welche nach Verstärkung und anschließender Polaritätsumkehr integriert wird, um die Stärke des erzeugten magnetischen Feldes zu bestimmen, wobei der Ausgang zur Steuerung der Ausgangsstufe verwendet wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend an Hand der Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 2 zeigt ein Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3 zeigt im Impulsdiagramm die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 2;

Fig. 4 zeigt ein Ersatzschaltbild eines Transformators;

Fig. 5 zeigt ein Ersatzschaltbild eines Transformators, der mit einem Satz von Ablenkspulen verbunden ist;

Fig. 6 zeigt ein Schaltbild mit einer erfindungsgemäßen Ausbildung des Primärkreises eines Transformators;

Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform entsprechend Fig. 6.

Bei dem Blockschaltbild der Fig. 1 sei angenommen, daß eine Steuerspannung an Klemme 1 angelegt ist, welche integriert wird, um einen Strom zu erzeugen, welcher der gewünschten Stärke des magnetischen Feldes proportional ist. Die Spannung gelangt durch einen Kombinationskreis 2, welcher in noch zu beschreibender Weise entweder als Summen- oder als Differenzkreis ausgebildet ist, zu einem spannungsgesteuerten Generator 3. Der Ausgangsstrom des Generators 3 wird einem Spulensystem mit zwei Spulen 4 und 5 zugeführt, welches das magnetische Feld erzeugt. Parallel zu den Spulen 4 und 5 ' liegt ein Stromkreis, welcher eine Reihenschaltung einer Kapazität 6 und eines Widerstandes 7 enthält. Gemäß

der Erfindung wird die über dem Widerstand 7 abfallende Spannung zum Kombinationskreis 2 rückgekoppelt, in dem sie mit den an Klemme 1 angelegten Steuerspannungen derart zusammengesetzt wird, daß der Widerstand des Spulensystems 4, 5 kompensiert wird; dabei wird die über Widerstand 7 abfallende Korrekturspannung von der an Klemme 1 angelegten Spannung subtrahiert, um die gewünschte Kompensation zu erreichen.
Die Steuerspannung und die über Widerstand 7 abfallende Kompensationsspannung werden in einem Differenzkreis kombiniert, und die Verbindung des Zeitkonstantenkreises zum Verstärker ist so geschaltet, daß eine Spannung von der gleichen Polarität wie die Steuerspannung erzeugt wird, während im Fall der Additfen der beiden Signale die Kompensationsspannung die entgegengesetzte Polarität gegenüber der Steuerspannung haben muß.

Wenn die Zeitkonstante genau gleich der des Spulensystems gemacht wird, erfolgt nur dann eine genaue

ao Kompensation, wenn die Verstärkung unendlich ist. Da dies in der Praxis nicht der Fall sein kann, wird die Zeitkonstante des Korrekturkreises in geeigneter Weise reduziert, und zwar bei einem praktischen Ausführungsbeispiel um etwa 10%. Zweckmäßig wird man dabei so vorgehen, daß der ohmsche Anteil des Widerstandes in dem Korrekturkreis herabgesetzt wird. Man bestimmt den genauen Wert dieses Widerstandes zweckmäßig dadurch, daß ein Regelwiderstand eingeschaltet wird, welcher derart eingestellt wird, daß eine lineare Ablenkung eines Elektronenstrahles in dem erzeugten magnetischen Feld auftritt; man ersetzt dann den Regelwiderstand durch eine feste ohmsche Komponente, die dem gefundenen Wert entspricht.

Es hat sich bei der Ausführung der Erfindung als zweckmäßig erwiesen, daß der Widerstand 7 einen Wert erhält, der etwa gleich dem Reihenersatzwiderstand der Spulen 4, 5 ist. Die Parallelschaltung der Kapazität 6 und des Widerstandes 7 mit den Spulen weist dann eine Impedanz auf, welche einen nahezu frequenzunabhängigen Widerstand ergibt, so daß das System als Widerstandsabschluß für eine Übertragungsleitung verwendet werden kann, über die die Speisung von dem Generator 3 erfolgt.

In manchen Fällen ist es auch vorteilhaft, den Widerstand 7 mit der Schaltung zu verbinden, an die er über eine Übertragungsleitung angeschlossen ist, deren Betrag des Wellenwiderstandes den gleichen Wert hat wie der Betrag des ohmschen Anteiles des Widerstandes. Diese Anordnung erlaubt die räumliche Trennung des Wider-Standes von der Schaltung ohne Änderung dessen Wertes. Der Widerstand wird dann zweckmäßig in dem Kombinationskreis 2 untergebracht und an das Spulensystem 4, 5 über die Übertragungsleitung angeschlossen. In diesem Fall kann es zweckmäßig sein, die Kapazität 6 in zwei Teile aufzuteilen, und zwar einen Teil auf jeder Seite des Widerstandes 7, so daß die Übertragungsleitung von dem Spulensystem gleichspannungsisoliert ist.

Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Anordnung zur Ausführung der Erfindung. Diejenigen Teile des Stromkreises, die den in Fig. 1 dargestellten Teilen entsprechen, haben die gleichen Bezugszeichen. Das Spulensystem 4, 5 erhält seinen Erregerstrom von einer kompensierten Kathodenverstärkerröhre 8, in deren Kathodenkreis eine weitere Röhre 9 liegt. Das Spulensystem 4, 5 ist an die Kathode der Röhre 8 über eine Kapazität 10 angeschlossen. Signale, die der Anode der Röhre 8 über einen in deren Anodenkreis eingeschalteten Widerstand 11 zugeführt werden, gelangen über eine Kapazität 12 zu dem Gitter der Röhre 9, das mit der negativen Spannungsleitung über einen Widerstand 13

Claims (1)

verbunden ist. Die Vorspannung für Röhre 9 wird durch einen Widerstand 14 in der Kathodenleitung erzeugt. Da ein Ende des Spulensystems geerdet ist, erscheinen die am Widerstand 7 abfallenden Korrekturspannungen an der Verbindung des Widerstandes 7 mit Kapazität 6. Diese Potentiale werden über eine Kapazität 15 an das Gitter einer Röhre 16 eines Differenzkreises angelegt. Dieser Kreis enthält noch eine Röhre 17, welche mit Röhre 16 über einen gemeinsamen Kathodenwiderstand 18 gekoppelt ist. Das Gitter der Röhre 16 liegt über einen Widerstand 19 an einer Vorspannungsquelle V. Die über Klemme 1 zugeführten Steuerspannungen werden an das Gitter der Röhre 17 über eine Kapazität 20 angelegt, wobei das Gitter der Röhre 17 an die Vorspannungsquelle V über einen Widerstand 21 angeschlossen ist. Signale, die der Differenz zwischen den an die Gitter der Röhren 16 und 17 angelegten Spannungen proportional sind, werden in Anodenwiderstand 22 der Röhre 16 erzeugt und über eine Kapazität 23 an das Gitter der Röhre 8 gelegt, welches über einen Widerstand 24 an einer Vorspannungsquelle W liegt. Fig. 3 zeigt in drei Diagrammen A, B und C die Schwingungsformen der an den Gittern der Röhren 17 bzw. 16 und 8 auftretenden Spannungen, wenn der Kreis zur Erzeugung eines Magnetfeldes verwendet wird, deren zeitliche Änderung sägezahnförmig verläuft. Die über Widerstand 7 abfallende Spannung (B) hat eine solche Schwingungsform, daß nach Subtraktion dieser Spannung vom Eingangssignal (A) sich eine kombinierte Sägezahn- und Impulsspannung (C) ergibt. Wenn diese Spannung an die Induktivität der Spulen 4, 5 angelegt wird, wird sie darin integriert und einen linear ansteigenden Strom und dementsprechend ein linear ansteigendes magnetisches Feld erzeugen. Bei einer Ausführungsform des beschriebenen Kreises, der zur Erzeugung eines Rasterfeldes für eine Kathodenstrahlröhre verwendet wurde, welche mit einer Periode von ungefähr 10 kHz arbeitet, ergaben die folgenden Werte der Schaltelemente gute Ergebnisse: Spulen 4, 5 Induktivität 5 mH, ohmscher Widerstand 8 Ω Kapazität 6 0,005 μ¥ Widerstand 7 68 kü Röhre 8 Triode 12 El Röhre 9 12 El Kapazität 10 4 y.F Widerstandll 330 Ω Kapazität 12 0,02 μΈ Widerstand 13 220 kΩ Widerstand 14 270 Ω Kapazität 15 0,02 μ¥ Röhren 16,17 EF 91 Widerstand 18 15 kΩ Widerstand 19 1ΜΩ Kapazität 20 0,02 pF Widerstand 21 1 ΜΩ Widerstand 22 22 kΩ Kapazität 23 0,02 μ¥ Widerstand 24 220 kΩ Positive Spannung X-Y 300 V Negative Spannung und — Z.. — 300 V Vorspannung V—Y — 100 V Vorspannung W—Y — 60 V 65 Die Anwendung der Erfindung bei einem Kreis, in dem das Spulensystem durch einen Kopplungstransformator gespeist ist, wird an Hand der Fig. 4 bis 7 beschrieben. Fig. 4 zeigt ein Schaltbild, das als Ersatzschaltbild eines üblichen Transformators verwendet werden kann, wenn Streukapazitäten vernachlässigbar sind. Die dargestellten Elemente seien wie folgt bezeichnet: Rp — Widerstand der Primärwicklung, Rs = Widerstand der Sekundärwicklung, auf die Primärwicklung bezogen, Ip = Streuinduktivität der Primärwicklung, Is = Streuinduktivität der Sekundärwicklung, bezogen auf die Primärwicklung, Lp = Hauptinduktivität, Rw = Eisenverlustwiderstand. Ein Transformator, der ein System von Ablenkspulen speist, kann durch das Ersatzschaltbild nach Fig. 5 dargestellt werden, in dem die zusätzlichen Teile wie folgt bezeichnet sind: Ld = Induktivität der Ablenkspulen, auf die Primärwicklung bezogen, Rd' = Widerstand der Ablenkspulen, bezogen auf die Primärseite. Es sei nun Fig. 6 betrachtet, in der die beschriebene Schaltung an die Primärwicklung des Transformators gelegt ist. Es kann gezeigt werden, daß die über Ri abfallende Spannung identisch ist mit derjenigen Spannung, die über der reinen Induktivität Ld' der Ablenkspulen abfällt, wenn die Komponenten dieses Kreises passend dimensioniert sind. Die Beziehungen zwischen den Werten der Teile des Stromkreises, welche dann richtig ausgelegt sind, wenn ein hinreichendes Rückkopplungs-Potential an Ri abfällt, sind C1R1 = Rp Ί C2 R2 — L$ ■ C 7? - l' Kw Ks C1 Ri = Ld' Rn ip Rl ip R1 R. Die Kapazitäten C3 und C4 können durch eine einzige Kapazität entsprechenden Wertes ersetzt werden. In der Schaltung nach Fig. 6 ist der Ausgang beim Widerstand Ri angeordnet, wobei die beiden Widerstände Rs und Ri hintereinandergeschaltet sind. Wenn die beiden Kondensatoren C3 und C4 zu einem einzigen Kondensator C mit einer gleichwertigen Kapazität zusammengefaßt und die beiden Widerstände R3 und Ri zu einem Widerstand R vereinigt sind, kann eine stärkere Rückkopplung erreicht werden. Das Ergebnis dieser Maßnahme ist in Fig. 7 dargestellt. Die Werte für C1, C2, .R1 und R2 werden nach den Gleichungen, die bei Fig. 6 angegeben wurden, errechnet, und zusätzlich müssen noch die Gleichungen C1 1_ Ca C1 -; R = R3 + Ri erfüllt sein. Da der Ausgangswiderstand jetzt sowohl R3 als auch Ri enthält, wird auf diese Weise die Rückkopplungsspannung erhöht. Wie bereits erwähnt, können die theoretisch ermittelten Zeitkonstanten nach praktischen Gesichtspunkten modifiziert werden, um eine ungenügende Verstärkung zu kompensieren. Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Magnetfeldes, dessen Stärke proportional dem Zeitintegral einer angelegten Steuerspannung ist, z. B. zur Ablenkung des Elektronenstrahls einer Kathodenstrahlröhre, mit einem spannungsgesteuerten Strom-