DE1247386B - Schaltungsanordnung zur Erzeugung von zwei gegenlaeufigen treppenfoermigen Spannungen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

H03k

Deutsche Kl.: 21 al - 36/02

Nummer: 1247 386

Aktenzeichen: T 26267 VIII a/21 al

Anmeldetag: 27. Mai 1964

Auslegetag: 17. August 1967 "

Die Erfindung betrifft einen Treppenspannungserzeuger, insbesondere für Ablenkelektroden von Bildröhren.

Für bestimmte Anwendungsgebiete, insbesondere bei der Verwendung von Bildröhren und Kathodenstrahlröhren mit niedriger elektrostatischer Ablenkempfindlichkeit, beispielsweise mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden elektronischen Kameras und Oszillographen, ergibt sich oft das Problem, den Elektronenstrahl in einer Reihe sich schnell wiederholender vorgegebener Schritte auszulenken. Dazu ist die Anlegung von Gegentaktablenkspannungen notwendig, welche eine treppenartige Impulsform bei Anstiegszeiten von weniger als 1 Mikrosekunde aufweisen. Eine Schaltung zur Erzeugung derartiger Impulsformen ist allgemein im folgenden als Treppenspannnungsgenerator bezeichnet, weil eine oberflächliche Ähnlichkeit von dessen Ausgangssignalen mit einer Treppe besteht. Bei einem symmetrischen Ablenksystem werden zwei entgegengesetzt gerichtete Impulse, d. h. zwei Impulse gleicher Amplitude und entgegengesetzter Polung, verwendet. Ein in seiner Spannung ansteigender Treppenimpuls wird an eine Ablenkplatte gelegt, während ein Treppenimpuls von abnehmender Spannung mit der entgegengesetzten Ablenkplatte verbunden wird. Für bei hoher Geschwindigkeit stattfindende Ablenkvorgänge muß jeder Spannurigssprung einer Amplitudenänderung von einigen hundert Volt in weniger als einer Mikrosekunde entsprechen. Gelöst wird diese vorangehend erläuterte Aufgabenstellung erfindungsgemäß im wesentlichen durch einen an der Gleichspannung liegenden, eine geradzahlige Gruppe von TeÜwiderständen aufweisenden Spannungsteiler, dessen Mitte durch ein mittels eines Auslöseimpulses zu tastendes Stromtor auftrennbar ist und dessen symmetrisch zur Mitte angeordneten Abgriffe, jeweils paarweise durch ein weiteres, mittels je eines auf den Auslöseimpuls folgenden Impulses zu tastendes Stromtor überbrückt sind, und durch zwei Ausgangsanschlüsse, welche an einen den Polen der Gleichspannungsquelle benachbarten Paar von Abgriffen des Spannungsteilers liegen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung, welche ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Treppenspannungsgenerators zeigt.

Gemäß der Zeichnung erzeugt der Ablenkpulsgenerator 40 zwei einander entsprechende Treppenwellenformen zur Erzielung einer ausgeglichenen Ablenkung des innerhalb der Bildwandlerröhre 10 Schaltungsanordnung zur Erzeugung von zwei
gegenläufigen treppenförmigen Spannungen

Anmelder:

TRW Inc., Redondo Beach, Calif. (V. St. A.)
Vertreter:

Dr.-Ing. Η. Fincke, DipL-Ing. H. Bohr
und DipL-Ing. S. Staeger, Patentanwälte,
München 5, Müllerstr. 31

Als Erfinder benannt:
John J. Hickey,
Hawthorne, Calif. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 27. Mai 1963. (283 503)

erzeugten Elektronenbildes. Der Generator 40 umfaßt einen Spannungsteiler mit Widerständen 42, 44, 46, 48 von gleichem Widerstandswert, welche parallel zu Anschlüssen 50, 52 bzw. 52, 54 bzw. 56, 58 bzw. 58, 60 hegen. Ein Widerstand 62 von wesentlich höherem Widerstandswert als die Widerstände 42 bis 48 Hegt zwischen dem Anschluß 50 und der positiven Seite einer beispielsweise 1700 Volt Hefernden Gleichspannungsquelle 64. Der negative Pol der Gleichspannungsquelle 64 ist gleich dem Anschluß 60 geerdet. Ein Kondensator 65 ist zwischen dem Anschluß 50 und Erde gelegt.

Ein anfänglich nichtleitendes Thyratron 66 Hegt mit seiner Anode an dem Anschluß 54 und mit seiner Kathode an dem Anschluß 56. Die Beschleunigungselektrode ist durch einen Widerstand 68 mit einem verhältnismäßig hohen positiven Potential, beispielsweise 850 Volt, verbunden. Ein Kondensator 70 sowie ein Widerstand 72 liegen in Reihe zwischen der Beschleunigungselektrode und Erde. Die Steuerelektrode ist über den Abschaitpunkt hinaus durch Verbindung mit einem negativen Potential, beispielsweise von 90 Volt, über einen.' Widerstand 74 vorgespannt. Ein Triggerpuls 75.; kann an die Steuer-

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elektrode durch, einen Kopplungskondensator 76 gelegt werden, um die Röhre 66 leitend zu machen und auf diese Weise den Stromweg zwischen den Anschlüssen 54, 56 kurzzuschließen.

Parallel zu jedem der Widerstände 42, 44, 46, 48 liegt ein Serienwiderstand und ein Kondensator in folgender Weise: Ein Widerstand 78 und ein Kondensator 80 parallel zu dem Widerstand 42, ein Widerstand 82 und ein Kondensator 84 parallel zu dem Widerstand 44; ein Widerstand 86 und ein Kondensator 88 parallel zu dem Widerstand 46 und ein Widerstand 90 sowie ein Kondensator 92 parallel zu dem Widerstand 48.

Ein Stromkreis zur Kurzschließung des Weges zwischen den Anschlüssen 52 und 58 in Abhängigkeit von einem zweiten Triggerimpuls umfaßt ein weiteres Thyratron 94, dessen Anode an dem Anschluß 52 und dessen Kathode an dem Anschluß 58 liegt. Die Beschleunigungselektrode ist durch einen Widerstand 96 mit einem verhältnismäßig hohen positiven Potential von beispielsweise 850 Volt verbunden. Ein Kondensator 98 und ein Widerstand 100 liegen in Serie zwischen der Beschleunigungselektrode und Erde. Eine Vorspannung von etwa —90 Volt liegt über einen Widerstand 102 an dem Steuergitter des Thyratrons 34 und hält dieses anfänglich gesperrt.

Eine Triggerschaltung zur Zündung des Thyratrons 94 umfaßt einen n-p-n-Transistor 104 mit einem geerdeten Emitter und einem über einen Widerstand 106 auf positivem Potential von 100 Volt liegenden Kollektor. Ein WiderstandlOS liegt zwischen der Basis und dem Emitter. Eine Zenerdiode 110 ist anodenseitig mit dem Emitter und kathodenseitig mit dem Kollektor des Transistors 104 verbunden. Ein Triggerpuls 112 kann durch einen Kopplungskondensator 114 auf die Basis des Transistors gegeben werden. Der Kollektor liegt in Serie mit der Primärwicklung eines Pulstransformators 116 und einem Kondensator 118. Die Sekundärwicklung des Pulstransformators 116 liegt in Serie mit einem Kondensator 120 in dem Gitterlcreis des Thyratrons 94.

Der Anschluß 52 bildet einen ersten Ausgangsahschluß und der Anschluß 58 einen zweiten Ausgangsanschluß. Dämpfungswiderstände 121, 122 Megen vorzugsweise in den Ausgangskreisen und dämpfen Oszillationen, weiche in den Ablenkkreisen auftreten können (s. die gestrichelt gezeichneten Kondensatoren 124, 126).

Im folgenden ist die Arbeitsweise des Ablenkpulsgenerators 40 näher erläutert. Im Ruhezustand, d. h. vor Anlegung eines der Triggerpulse 75 bzw. 112, leiten die Thyratrons 66, 94 nicht, wobei der Stromkreis zwischen der Anode und der Kathode geöffnet ist. Somit ist der Stromkreis zwischen den Anschlüssen 54, 56 geöffnet, zu denen das Thyratron 66 parallel geschaltet ist; auch zwischen den Anschlüssen 52, 58, zu denen parallel das Thyratron 94 liegt, ist der Stromkreis geöffnet. Ih gleicherweise leitet der Transistor 104 nicht, so daß der Stromkreis zwischen dem Kollektor und dem Emitter geöffnet ist. Der Kondensator 65 wird auf ein positives Potential von 1700 Volt aufgeladen; die Kondensatoren 70, 98 sind jeweils auf ein positives Potential von 850 Volt und der Kondensator 118 auf ein positives Potential von 100 Volt aufgeladen. Die Anschlüsse 50, 52, 54 befinden sich daher insgesamt auf einem

positiven Potential von 1700 Volt, während die Anschlüsse 56, 58, 60 auf Erdpotential liegen.

Ein auf das Gitter des Thyratrons 66 gegebener positiver Triggerpuls 75 ergibt eine Zündung des Thyratrons. Wenn das Thyratron 66 voll ionisiert ist, beträgt der Spannungsabfall zwischen der Anode und der Kathode lediglich 20 oder 30 Volt, so daß die Anschlüsse 54, 56 danach kurzgeschlossen sind und eine Entladungsstrecke für den Kondensator 65 ίο bilden. Wenn der Kondensator 65 sich entlädt, erzeugt der Entladungsstrom einen im wesentlichen gleichen Spannungsabfall an den vier Serienwiderständen 42, 44, 46, 48. Folglich fällt das Potential an dem Ausgangsanschluß 52 um etwa 425 Volt ab, und das Potential des Ausgangsanschlusses 58 steigt um etwa 425 Volt an. Der Kondensator 70, welcher auf ein Potential gleich der Hälfte der Gesamtspannung an dem gesamten Spannungsteiler aufgeladen ist, entlädt sich über die Beschleunigungsanode zu ao dem Kathodenkreis des Thyratrons 66 und durch die Widerstände 46, 48, so daß mit Sicherheit das Potential an dem Anschluß 56 im wesentlichen der Hälfte desjenigen an dem Anschluß 50 entspricht. Der Kondensator 70 hält also den Spannungsabfall parallel zu den Widerständen 46, 48 gleich dem Spannungsabfall parallel zu den Widerständen 42, 44, wobei die an den Anschlüssen 58 bzw. 52 erzeugten Treppenspannungen ausgeglichen werden. Der Kondensator 70 wird zur Kompensation jeglicher Unausgeglichenheit verwendet, welche aus unterschiedlichen Entladungsstrecken durch das Thyratron 66 entstehen. Ein Gitterstrom vermindert beispielsweise den Kathodenstrom unter den Anodenstrom, wobei der Spannungsabfall an den Anschlüssen 56, 60 geringer als an den Anschlüssen 50, 54 ist. Die Treppenspannungen sind so dargestellt, daß sie in einem Zeitpunkt T₁ mit Wellenformen 128, 130 auftreten, wobei T₁ den Zeitpunkt des Aufgebens des Triggerpulses 75 darstellt.
Da die Ablenkschaltungen als kapazitive Belastungen 124,126 erscheinen, welche die Widerstände 42, 48 kurzschließen, wobei sich der Kondensator 65 hier hinein entladen muß, würden die Widerstäde 44, 46 die Aufladung der kapazitiven- Belastungen 124, 126 verlangsamen, wenn sie durch die Kondensatoren 84, 88 überbrückt wären. Die Kondensatoren 84, 88 ergeben somit eine Strecke von niedriger Impedanz, durch Welche sich die Kondensatoren aufladen können, wobei auf diese -Weise die anfänglichen Treppenspannungen stärker ausgeprägt sind. Obgleich es genügend ist, die beiden Widerstände 44, 46 zu überbrücken, wäre es notwendig, die Überbrückungskapazitäten auf die kapazitiven Belastungen 124, 126 anzupassen, was praktisch nicht leicht erreicht werden kann. Um dieses Anpassungsproblem zu umgehen, werden Kondensatoren 80, 92 parallel zu den Widerständen 42, 48 vorgesehen. Alle Uberbrückungskondensatoren 80, 84, 88, 92 weisen gleiche Kapazitätswerte auf und sind viel größer als die Kapazitäten der kapazitiven Belastungen 124, 126, beispielsweise um einen Faktor von zumindest 100 :1. Auf diese Weise wirken sich Änderungen in der Kapazität der Belastungen 124, 126 nicht auf die Gesamtkapazität aus, und die Spannungsteilung an den vier Abschnitten des Spannungsteilers erfolgt in gleicher Weise. Die Serienwiderstände 78, 82, 86, 90, welche alle geringere Widerstandswerte aufweisen, begrenzen den Strom-

fluß durch das Thyratron 66 und dienen auch zur Dämpfung von auftretenden Oszillationen. Vorzugsweise sind sie in gleicher Weise dimensioniert, um eine gleiche Spannungsteilung an den Widerständen 42, 44, 46, 48 während der ersten Nanosekunden der kapazitiven Entladung sicherzustellen.

Wenn das Thyratron 66 zündet, wird die kapazitive Belastung 126 aufgeladen; die kapazitive Belastung 124 wird schnell und gleichmäßig auf etwa ein Viertel des Potentials des Kondensators 65 unter Vernachlässigung des Abfalls an der Thyratronröhre entladen. Eine negative Treppenspannung von 425 Volt wird an dem Anschluß 52 und eine positive Treppenspannung von 425 Volt an dem Anschluß 58 erzeugt.

Beim Laden der Überbrückungskondensatoren 80, 84, 88, 92 verliert der Kondensator 65 etwas von seiner Ladung und entlädt sich danach langsam und fortgesetzt durch die vier Serienwiderstände"42, 44, 46, 48 sowie das Thyratron 66. Wenn einmal die Überbrückungskondensatoren 80, 84, 88, 92 geladen sind, entladen sie sich langsam durch die Widerstände 42, 44, 46, 48, welche dazu parallel liegen. Der Kondensator 65 hat eine genügend große Kapazität, um die Spannung parallel zu dem Spannungsteiler dicht bei 1700 Volt aufrechtzuerhalten, wenn der nächste Triggerimpuls 112 zu einem Zeitpunkt T₂, beispielsweise innerhalb von 10 Mikrosekunden nach dem Zeitpunkt T_v angelegt wird.

Der zweite Triggerimpuls 112 wird auf die Basis des Transistors 104 durch einen Kondensator 114 zugeführt, welcher die Basis positiv macht und einen Stromfluß in dem Basis-Emittef-Kreis bewirkt. An diesem Punkt verhindert die Zenerdiode 110 den Durchgang, welcher durch die positive Spannungsstufe von 425 Volt an dem Anschluß 58 hervorgerufen wird; der Anschluß 58 ist von der vorangehenden Öffnung des Transistors über die Kollektor-Emitter-Strecke kapazitiv an den Transformator 116 angekoppelt. Wenn der Basis-Emitter-Strom fließt, führt jedoch der Transistor in dem Kollektor-Emitter-Kreis "Strom, wobei' das KöUektorpotential schnell in Richtung zum Erdpotential abfällt. Der Kondensator 118 entlädt eich rasch durch die Kollektor-Emitter-Strecke, wobei ein Stromstoß durch die Primärwicklung des Pulstransformators 116 fließt. Der Stromstoß wird verstärkt, in der Sekundärwicklung umgekehrt und erzeugt einen Impuls von positiver Amplitude, welcher an das Gitter des Thyratrons 94 gekoppelt ist, so daß das Thyratron Ieitend wird.

Wenn das Thyratron 94 zündet, werden die Anschlüsse 52, 58 kurzgeschlossen. Die kapazitive Belastung 126 wird aufgeladen und schnell sowie gleichzeitig die kapazitive Belastung 124 auf ein Potential gleich der Hälfte desjenigen des Kondensators 65 entladen. Der Kondensator 98 entlädt sich durch die Beschleunigungselektrode zu dem Kathodenkreis, wobei die Anschlüsse 52 und 58 auf etwa 850 Volt gehalten werden. Somit dient der Kondensator dem. gleichen Zweck wie der Kondensator 70. in dem Stromlcreis der Beschleunigungselektrode des Thyratrons 66. In ähnlicher Weise wie die im Zusammenhang mit der Erzeugung der ersten Spannungsstufen dargestellten Vorgänge erzeugt die Aufladung der kapazitiven Belastung 126 sowie die Entladung der kapazitiven Belastung 124 eine zweite positive Stufe an dem Anschluß 58 sowie eine zweite negative Stufe an dem Anschluß 52, wie dies¹ durch die zum ZeitpunktT₂ auftretenden Wellenformen 130, 128 angezeigt ist.

Danach entladen sich die Kondensatoren 80, 92 durch die Widerstände 42, .48; der Kondensator 65 setzt seine Entladung durch das Thyratron 94 foxt, wobei der letztgenannte Stromweg gegenüber dem einen höheren Widerstand aufweisenden Stromweg durch das Thyratron 66 sowie die Widerstände 44, 46 bevorzugt ist. Wenn der StromfLuß" durch das Thyratron 66 beendet ist, hört dieses zu leiten auf. Die Leitung durch das Thyratron 94 wird beendet, wenn der Entladungsstrom von den Kondensatoren 65, 98 unter den Ionisierungsstrom der Röhre abfällt. Der Ladewiderstand 62 ist genügend hoch, um den dem stetigen Zustand entsprechenden Strom von der Stromquelle 64 auf einen Wert unterhalb demjenigen zu begrenzen, welcher zur Aufrechterhaltung der Ionisation beider Röhren 94, 66 erforderlich ist.

Wenn die Leitfähigkeit beider Thyratrons beendet ist, kehrt die Schaltung in ihren normalen Ruhezustand zurück und ist zur Erzeugung eines anderen Paares von Treppenspannungen bereit.. Zusätzlich zur Herstellung einer Oszillationsdämpfung erzeugen die Widerstände 72, 100 in den Stromkreisen der Beschleunigungselektroden der Thyratrons 66, 94 ausgezeichnete negative Nadelimpulse,. welche zum Triggern eines Tastpulsgenerators verwendbar sind. Dies stellt eine völlige Auslenkung des Elektronenstrahls vor Anlegung der Tastpulse an das Tastgitter 18. der Bildwandlerröhre 10 sicher.

Für das dargestellte Ausführungsbeispiel einer ermidungsgemäßen Schaltung wurden die vorangehend beschriebenen Bauelemente in folgender Weise dimensioniert:

Widerstand42 " IOKiloohm

Widerstand 24 10 Kiloohm

Widerstand46 IOKiloohm

Widerstand 48 IOKiloohm

Widerstand 62 .......... 2 Megaohm

Stromquelle 64 .......... 1700 Volt

Kondensator 65 ' 0,05 Mikrofarad

Thyratron 66 Typ 2 D 21

Widerstand 68 1 Megaohm

Kondensator 70 0,005 Mikrofarad

Widerstand 72 IOOhm

Widerstand 74 100 Kiloohm

Kondensator 76 100 Picofarad

Widerstand 78 510hm

KondensatorSO 0,001 Mikrofarad

Widerstand 82 51 Ohm

Kondensator 84 O_jOOlMikrofarad

Widerstand 86 51 Ohm

Kondensator 88 O₅OOlMikrofarad

Widerstand 90 :.. 51 Ohm

Kondensator 92 O₃OOlMikrofarad

Thyratron 94 Typ 2 D 21

Widerstand 96 1 Megaohm

Kondensator 98 ' 0,005 Mikrofarad

WiderstandlOO 10 Ohm

Widerstand 102 100 Kiloohm

Transistor 104 Typ 2 N 699

Claims (10)

Widerstand 106 3 Megaohm Widerstand 108 IOOOhm ZenerdiodellO IN985 Kondensator 114 100 Picofarad Kondensator 118 O5OOlMikrofarad Widerstand 120 0,02 Mikrofarad Widerstand 121 51 Ohm Widerstand 122 51 Ohm IO Obgleich die erfindungsgemäße Schaltung nicht auf die Anwendung eines besonderen Thyratrons oder auf dessen besondere Betriebsweise beschränkt ist, können sehr gute Schaltgeschwmdigkeiten durch Verwendung einer Tetrode von Typ 2 D 21 für die Thyratrons 66, 94 erzielt werden. Bei Verwendung einer derartigen Röhre wird bevorzugt die zur Abschirmung dienende Elektrode als Steuergitter verwendet und die normalerweise als Steuergitter dienende Elektrode als Beschleunigungselektrodej wie dies vorangehend beschrieben ist. Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung von zwei gegenläufigen treppenförmigen Spannungen, insbesondere für Ablenkelektroden von Bildröhren, gekennzeichnet durch einen an einer Gleichspannung hegenden, eine geradzahlige Gruppe von Teilwiderständen (42, 44, 46, 48) aufweisenden Spannungsteiler, dessen Mitte (54, 56) durch ein mittels eines Auslöseimpulses (75) zu tastendes Stromtor (66) auftrennbar ist und dessen symmetrisch zur Mitte angeordneten Abgriffe (52, 58) jeweils paarweise durch ein weiteres, mittels je eines auf den Auslöseimpuls (75) folgenden Impulses (112) zu tastendes Stromtor (94) überbrückt sind, und durch zwei Ausgangsanschlüsse, welche an einem den Polen der Gleichspannungsquelle benachbarten Paar von Abgriffen (52, 58) des Spannungsteilers liegen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandswerte sämtlicher Teilerwiderstände (42, 44, 46, 48) des Spannungsteilers einander gleich sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromtore (66, 94) als Thyratrons ausgeführt sind.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler an einem Ladekondensator (65) liegt, welcher über einen Ladewiderstand (62) mit der Gleichspannung (64) verbunden ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungszeit des Ladekondensators (65) durch den Spannungsteiler durch entsprechende Dimensionierung sehr groß gegenüber dem Zeitintervall ist, in welchem die aufeinanderfolgende Tastung der Stromtore (66, 94) erfolgt.

6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, 'daß der Wert des Ladewiderstandes (62) sehr groß gegenüber jedem der Teilerwiderstände (42, 44, 46, 48) ist.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Teilerwiderstand (44, 42, 46, 48) durch eine Serienschaltung eines Parallelkondensators (80, 84, 88, 92) mit einem Widerstand (78, 82, 86, 90) überbrückt ist, wobei der Wert jedes Serienwiderstandes jeweils gering gegenüber dem betreffenden Teilerwiderstand ist.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Thyratrons jeweils eine auf etwa halber Anodenspannung liegende Beschleunigungselektrode aufweisen, welche durch einen Ladekondensator (70, 98) abgeblockt ist.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der den Teilerwiderständen (42, 44, 46, 48) zugeordneten Parallelkondensatoren (80, 84, 88, 92) eine wesentliche höhere Kapazität als eine den Ablenkelektroden der Bildröhre zugeordnete Schaltung aufweist.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladekondensator (65) einen wesentlich höheren Wert als die Parallelkondensatoren (80, 84, 88, 92) aufweist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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