DE1217999B - Anordnung zur Erzeugung eines saegezahnfoermigen Stromes - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

H04n

Deutsche KL: 21 al - 35/20

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

F 44536 VIII a/21 al
26. November 1964
2. Juni 1966

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Erzeugung eines sägezahnförmigen Stromes zur magnetischen Ablenkung des Kathodenstrahles in Kathodenstrahlröhren für Fernsehzwecke in einer Induktivität mit einem Transistor, dessen in Reihe mit einer Stromquelle und der Induktivität geschaltete Emitter-Kollektor-Strecke während eines Teils der Hinlaufzeit stromführend ist und zur Einleitung des Rücklaufs durch einen Stromimpuls in der Basis-Emitter-Strecke gesperrt wird, und einer Energierückgewinnungsschaltung, in welcher ein Teil der während der Öffnungszeit des Transistors gespeicherten Energie zum Betrieb des Transistors nutzbar gemacht wird.

Fig. 1 zeigt in grundsätzlicher Form die bekannte Schaltung. Der Basis-Emitter-Strecke des Transistors Tr wird ein Stromimpuls der dargestellten Form zugeführt, welcher in der Einrichtung O erzeugt und durch einen bei S zugeführten Synchronimpuls synchronisiert werden kann. Mit der Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors ist eine Induktivität L und eine Stromquelle B in Reihe geschaltet. Bei Beginn des Stromimpulses an der Basis des Transistors T wird dieser gesperrt, und durch die plötzliche Unterbrechung des aus dem Transistor der Induktivität und der Stromquelle gebildeten Stromkreises entsteht an der Induktivität eine Selbstinduktionsspannung, welche in Sperrichtung an der Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors T anliegt. Der durch die Induktivität L und die parallelliegenden Kapazitäten gebildete Schwingungskreis führt eine ungedämpfte Halbschwingung mit seiner Resonanzfrequenz aus. Die im Kondensator C gespeicherte Energie bewirkt während des ersten Teils der Hinlaufzeit den ansteigenden Strom durch die Induktivität L. Im zweiten Teil der Hinlaufzeit wird der Strom von dem nunmehr geöffneten Transistor T geliefert. Durch die Sperrung des Transistors T wird der Stromfluß wieder unterbrochen, und es beginnt eine neue Schwingungsperiode.

In Fig. 2 ist der Strom- und Spannungsverlauf an der Induktivität L dargestellt. Die Stromkurve der Rücklaufschwingung ist mit /^₁ bezeichnet. Darunter ist die um 90° phasenverschobene Spannungskurve gezeichnet, welche den von der Geschwindigkeit der Stromänderung in der Induktivität und von deren Größe abhängigen Höchstwert U_Rl erreicht.

Diese zwischen Emitter und Kollektor des Transistors in dessen Sperrichtung anliegende Spannungsspitze U₁^_x soll der Transistor ohne Gefährdung aushalten. Für diesen Spezialzweck wurden daher Transistoren mit entsprechend hoher Spannungsfestigkeit Anordnung zur Erzeugung eines
sägezahnförmigen Stromes

Anmelder:

Fernseh G. m. b. H.,
Darmstadt, Am Alten Bahnhof 6

Als Erfinder benannt:

Hans-Dieter Schneider, Groß Gerau

entwickelt. Auf der anderen Seite soll der Transistor ein schnelles Schaltverhalten zeigen. Diese beiden Forderungen laufen bei der technologischen Ausbildung des Transistors einander zuwider. Bei dem für die beschriebene Schaltungsanordnung entwickelten Spezialtransistoren (z.B. MP 939) ist daher die höchstzulässige Spannung in Sperrichtung mit etwa 150 bis 200 V begrenzt.

Die Höhe der Rücklaufspannungsspitze U_Rl hängt bei gleicher Rücklaufzeit und Induktivität von der in der Induktivität gespeicherten Energie ab. Diese wird von der im Untefbrechungszeitpunkt vorhandenen Stromstärke bestimmt. Der Maximalstrom in der Induktivität L ist unter sonst gleichen Umständen um so größer, je länger die Hinlaufzeit ist. Im praktischen Betrieb der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 kann es vorkommen, daß sich die Periodendauer der Sägezahnschwingung kurzzeitig erhöht, z. B. bei direkt synchronisierten Fernsehablenkgeneratoren oder bei Fernsehgeräten für mehrere Fernsehnormen mit automatischer Umschaltung auf die verschieden langen Zeilenperioden. Damit die Rücklaufspannungsspitze mit ausreichender Sicherheit unterhalb der zulässigen Emitter-Kollektor-Spannung des Transistors T in Sperrichtung bleibt, wird die bekannte Schaltungsanordnung so bemessen, daß die Rücklaufspitze im Normalbetrieb höchstens die Hälfte der zulässigen Emitter-Kollektor-Spannung des Transistors erreicht. Bei einer Erhöhung der Periodendauer von t auf einen größeren Wert t_x bleibt dann die entsprechend vergrößerte Rücklaufspannungsspitze U^₂ immer noch mit Sicherheit unter der zulässigen Emitter-Kollektor-Spannung TJ_Eq, so daß eine Beschädigung oder Zerstörung des kostspieligen Leistungstransistors nicht eintreten kann. In der bekannten Schaltungsanordnung läßt sich daher der Transistor T nicht voll ausnutzen und kann nur eine wesentlich geringere Ablenklei-

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stung abgeben als bei voller Ausnutzung der Maxi- Fig. 3 zeigt die erfindungsgemäße Anordnung in malstromstärke in Leitrichtung und der höchst zu- grundsätzlicher Form wie in Fig. 1, Fig. 4 die Wirlässigen Emitter-Kollektor-Spannung in Sperrichtung. kungsweise an Hand des Strom- und Spannungsver-

Die Erfindung zeigt nun einen Weg für eine volle lauf es wie in F i g. 2. In F i g. 3 ist gemäß der Erfin-

Ausnutzung des Transistors ohne nennenswerte 5 dung an Stelle der Diode D der Fig. 1 ein Halblei-

Erhöhung des Aufwandes für die Schaltungsan- terelement mit Sperrschicht E vorgesehen. Während

Ordnung. der Hinlaufzeit ist die Wirkungsweise der Anord-

Bei einer Anordnung zur Erzeugung eines säge- nung die gleiche wie bei F i g. 1, mit dem Unter-

zahnförmigen Stromes zur magnetischen Ablenkung schied, daß durch eine größere Induktivität L die

des Kathodenstrahles in Kathodenstrahlröhren für io Rücklauf spitze im Normalbetrieb U_Rs größer ist und

Fernsehzwecke in einer Induktivität mit einem Tran- nahezu die höchstzulässige Emitter-Kollektor-Span-

sistor, dessen in Reihe mit einer Stromquelle und nung U_EC des Transistors T erreicht,

der Induktivität geschaltete Emitter-Kollektor- Das Halbleiterelement E ist so bemessen, daß sein

Strecke während eines Teils der Hinlaufzeit strom- Widerstand in dem Teil der Hinlaufzeit, in welchem

führend ist und zur Einleitung des Rücklaufs durch 15 das Halbleiterelement Strom führt, in der Größen-

einen Stromimpuls in der Basis-Emitter-Strecke ge- Ordnung des Widerstandes der Emitter-Kollektor-

sperrt wird, und einer Energierückgewinnungsschal- Strecke im zweiten Teil der Hinlaufperiode ist. Das

rung, in welcher ein Teil der in der Induktivität Halbleiterelement E ist durch geeignete Dotierung

während der Öffnungszeit des Transistors gespeicher- und Steuerung des Herstellungsprozesses derart aus-

ten Energie nutzbar gemacht wird, wird erfindungs- 20 gebildet, daß in Sperrichtung bei einer definierten

gemäß in dieser Energierückgewinnungsschaltung Spannung ein starker Strom einsetzt, so daß sich der

eine Halbleiterdiode verwendet, deren Widerstand hohe Sperrwiderstand auf einen sehr kleinen Wert

während eines Teils der Hinlaufzeit, in welcher die verringert. Die Durchbruchspannung U_DR, bei wel-

Diode in Leitrichtung Strom führt, in der Größen- eher die Ladungsträger eine solche Geschwindigkeit

Ordnung des Emitter-Kollektor-Widerstandes des 25 erreichen, daß sie im Innern der Sperrschicht wei-

Transistors im Sättigungsgebiet liegt und während tere Ladungsträger in großer Zahl freimachen, ist

der Rücklaufzeit, in welcher die Diode in Sperr- so gewählt, daß sie knapp unterhalb der höchst-

richtung beansprucht ist, nimmt der Strom in der zulässigen Emitter-Kollektor-Spannung U_EC des

Diode vor Erreichen der höchstzulässigen Emitter- Transistors T liegt, wie Fig. 4 erkennen läßt.

Kollektor-Spannung des Transistors infolge des 3° Wenn wieder angenommen wird, daß sich die

Zenereffektes rasch zu, so daß die an der Emitter- Periodendauer vom Normalwert t auf einen Wert ^₁

Kollektor-Strecke des Transistors liegende Span- vergrößert, so würde die Rücklauf spannung U_Ri in

nung stets kleiner als die zulässige Emitter-Kollektor- der bekannten Schaltungsanordnung die höchstzu-

Spannung des Transistors bleibt. lässige Spannung U_EC des Transistors überschreiten

Es ist zwar schon bei elektronischen Zündanlagen 35 und den Transistor T zerstören. Bei der erfindungsfür Ottomotoren bekannt, in Transistorschaltungen gemäßen Anordnung wird jedoch beim Erreichen mit ener Induktivität im Ausgangskreis zum Schutz der Durchbruchspannung U_DR des Halbleiterelemendes Transistors vor Überspannungen Zenerdioden zu tes E die Spannung zusammenbrechen und einen verwenden. Demgegenüber betrifft die Erfindung Strom I_D im Halbleiterelement hervorrufen. Dadurch eine Anordnung zur Erzeugung eines sägezahnför- 4° wird mit Sicherheit vermieden, daß der Transistor T migen Stroms für Ablenkzwecke in Fernsehgeräten, beschädigt oder zerstört werden kann,
bei welcher die Halbleiterdiode zur Energierück- Die durch den Strom I_D bedingt zusätzliche Dämpgewinnung als Gleichrichter in Durchlaßrichtung und fung hat zur Folge, daß der zweite Ast des Rückais Schutzdiode in Sperrichtung wirksam ist. laufstromes I_Ri etwas weniger steil verläuft als der

Die erfindungsgemäße Anordnung hat den Vorteil, 45 erste; dadurch wird die Rücklaufzeit geringfügiger daß die Spannung während der Rücklaufzeit bis vergrößert, was jedoch keine Rolle spielt, da es sich dicht an die zulässige Emitter-Kollektor-Spannung nicht um den Normalbetriebsfall handelt,
des Transistors heranreichen kann, ohne daß die Die Erfindung ist nicht auf die grundsätzliche Gefahr besteht, daß der Transistor bei kurzzeitigem Schaltungsanordnung in Fig. 3 beschränkt, sondern Überschreiten dieser Spannung, z. B. durch vorüber- 5° kann mit Vorteil bei allen bekannten Anordnungen gehende Verkleinerung der Ablenkfrequenz, zerstört zur Erzeugung sägezahnförmiger Ströme mit einem wird. Im Normalbetrieb kann der Transistor daher Transistor und Energierückgewinnung Anwendung eine wesentlich größere Ablenkleistung abgeben als finden. Hierfür zeigen die F i g. 5 und 6 zwei typische bei der bekannten Schaltungsanordnung, bzw. es kann Ausführungsbeispiele. In Fig. 5 ist das Halbleiterbei gegebener Ablenkleistung ein kleinerer und bil- 55 element 12 nicht unmittelbar parallel zur Emitterligerer Transistor ohne Gefahr einer Überlastung Kollektor-Strecke des Transistors 11 geschaltet, sondesselben verwendet werden. Die höchstzulässige dem der Kollektor ist an eine Anzapfung der In-Rücklaufspannung erlaubt die Anwendung einer grö- duktivität 13 angeschlossen. Diese Maßnahme ist ßeren Induktivität im Emitter-Kollektor-Kreis des häufig, insbesondere bei größeren Ablenkleistungen, Transistors. Dadurch wird bei gegebener Strom- ^6o günstiger, da dann der Widerstand des Halbleiterbelastung des Transistors die abgegebene Leistung elementen 12 nicht dem extrem kleinen Widerstand größer. Eine zusätzliche Leistungssteigerung ergibt des Leistungstransistors 11 angepaßt werden muß, sich durch die Erhöhung des Wirkungsgrades in- sondern größer als dieser sein kann. Sperrschichtfolge des günstigeren Strom-Spannungs-Verhältnis- halbleiterelement^ mit etwas größerem Widerstand ses. Für eine gegebene Ablenkleistung reichen auch ⁶5 sind einfacher und billiger herzustellen als solche kleinere Leitungsquerschnitte aus, was insbesondere mit extrem kleinem Widerstand. Die Anzapfung an bei Ausführung der Anordnung in gedruckter Schal- der Induktivität wird derart gewählt, daß sich der rung wichtig ist. Widerstand des Transistors entsprechend dem Qua-

drat des Übersetzungsverhältnisses des durch die Induktivität 13 gebildeten Autotransformators dem größeren Widerstand 12 des Halbleiterelementes angepaßt wird. Dementsprechend wird auch die Rücklaufspannung transformiert, so daß die Durchbruchspannung des Halbleiterelementes 12 und die höchstzulässige Emitter-Kollektor-Spannung des Transistors 11 sich im Verhältnis des Quadrats des Übersetzungsverhältnisses voneinander unterscheiden. Die Induktivität 13 bildet gleichzeitig die Primärwicklung eines Transformators, an dessen Sekundärwicklung 14 die Ablenkspulen 15 angeschlossen sind. Der Sperrimpuls wird in dem Basis-Emitter-Kreis des Transistors 11 über einen Transformator 16 übertragen. Der Kondensator 17 kann, wie gezeichnet, parallel zur Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 11 geschaltet sein oder mit entsprechend kleinem Wert und höherer Spannungsfestigkeit parallel zur ganzen Primärwicklung 13 liegen. An den Anschlüssen Plus und Minus liegt die Stromquelle. Die im Kondensator gespeicherte Energie wird in Form eines in die Stromquelle zurückfließenden Stromes zurückgewonnen.

In manchen Fällen ist die Spannung der Stromquelle für den Betrieb des Transistors zu klein, z. B. bei der Speisung der Schaltungsanordnung aus einer Autobatterie (6 V). In diesem Fall kann in bekannter Weise die zurückgewonnene Energie auch zur Erhöhung der Betriebsspannung für den Transistor dienen. Eine solche Schaltung ist in F i g. 6 dargestellt. An den Transistor 21 werden wieder über den Transformator 26 Sperrimpulse angelegt. Die Induktivität 23 ist wieder mit einer Anzapfung versehen, an der der Kollektor des Transistors 21 angeschlossen ist, und das Halbleiterelement 27 liegt an der Gesamtwindungszahl der Wicklung 23. An der Sekundärwicklung 24 sind die Ablenkspulen 25 angeschlossen. Der Kondensator 28 zur Energierückgewinnung liegt in Reihe mit der Induktivität 23, und die an ihm auftretende Spannung addiert sich zur Spannung der Betriebsstromquelle und erhöht die Betriebsspannung des Transistors 21.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Anordnung zur Erzeugung eines sägezahnförmigen Stromes zur magnetischen Ablenkung des Kathodenstrahles in Kathodenstrahlröhren für Fernsehzwecke in einer Induktivität mit einem Transistor, dessen in Reihe mit einer Stromquelle und der Induktivität geschaltete Emitter-Kollektor-Strecke während eines Teils der Hinlaufzeit stromführend ist und zur Einleitung des Rücklaufs durch einen Stromimpuls in der Basis-Emitter-Strecke gesperrt wird, und einer Energierückgewinnungsschaltung, in welcher ein Teil der in der Induktivität während der Öffnungszeit des Transistors gespeicherten Energie nutzbar gemacht wird, dadurch gekennzeichnet, daß in dieser Energierückgewinnungsschaltung eine Halbleiterdiode verwendet wird, deren Widerstand während eines Teils der Hinlaufzeit, in welcher die Diode in Leitrichtung Strom führt, in der Größenordnung des Emitter-Kollektor-Widerstandes des Transistors im Sättigungsgebiet liegt und während der Rücklaufzeit, in welcher die Diode in Sperrichtung beansprucht ist, der Strom in der Diode vor Erreichen der höchstzulässigen Emitter-Kollektor-Spannung des Transistors infolge des Zenereffektes rasch zunimmt, so daß die an der Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors liegende Spannung stest kleiner als die zulässige Emitter-Kollektor-Spannung des Transistors bleibt.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   »Funktechnik«, 1963, H. 24, S. 899;
   »Electronics World«, August 1962, S. 53.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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