DE1903200A1

DE1903200A1 - Ablenksystem fuer eine Kathodenstrahlroehre

Info

Publication number: DE1903200A1
Application number: DE19691903200
Authority: DE
Inventors: Thomas David Hartley
Original assignee: AC Cossor Ltd
Current assignee: AC Cossor Ltd
Priority date: 1968-02-07
Filing date: 1969-01-23
Publication date: 1969-08-21
Also published as: US3582706A; NL6900704A; FR1595484A

Description

Ablenksystem für eine Kathodenstrahlröhre ■ ·

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Ablenksystem für eine Kathokenstrahlröh^ mit einer Ablenkspule, die ganz oder mit einem Teilstück zwischen'die beiden Klemmen eine's die Speisespannung liefernden Netzteiles geschaltet, ist, und mit-einem zwischen das eine Ende der Spule und einer der, Klemmen des Netzgerätes geschalteten Stromverstärker, der auf ein Eingangssignal anspricht und zum Variieren des Spulenstromes dient«, -

909834/1083

Die Erfindung ist besonders nützlich, für Sichtgeräte von Radaranlägen und Oszillographen, in. denen der Elektronenstrahl intermittierend von einer Bezugsposition aus eine rasche Ablenkung ausführen muß» Obwohl die Ablenksysteme der KathOdenstrahlröhren in Hadar-Sichtgeräten und Oszillographen normalerweise elektromagnetisch arbeiten, wirft die elektromagneti- sehe Ablenkung noch das Problem auf, daß die in den Ablenkspulen gespeicherte Energie geändert werden muß und eine rasche Ablenkung eine entsprechend schnelle Energieänderung erfordert« Eine schnelle Energieänderung erfordert ihrerseits eine hohe Speisespannung, da die Geschwindigkeit durch die Beziehung V = ^¹ dt festgelegt ist, in der dl/dt die zeitliche Änderung der Stromstärke in der Ablenkspule mit der Induktivität L und V die Speisespannung bedeutete Die Verwendung einer hohen Netzspannung hat jedoch den Nachteil, daß der Leistungsverlust des Stromkreises sehr groß wird, wenn eine hohe Spannung- dauernd angelegt ist»

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ablenk- :.·: system zu schaffen, das ermöglicht, bei einer gegebenen Ablenkgeschwindigkeit eine niedrigere Hetzspannung als in bisher bekannten Systemen zu verwenden. ,

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß zwischen die erste Klemme des Ifetzteiles und das andere Ende der -Spule- oder ihres Teilstückes eine · Induktionsspule geschaltet ist, daß an dieses andere Ende und die zweite Klemme des Netzgerätes ein weiterer Stromverstärker angeschlossen ist und daß ein Hilfs—

983Λ/1083

steuerkreis vorgesehen ist, der den weiteren. Stromverstärker in Abhängigkeit von der Spannung an dem genannten einen Ende der Spule oder, ihres Teilstückes derart steuert, daß der weitere Stromverstärker veranlaßt wird, weniger stark zu leiten, wenn der den ersten Stromverstärker durchfließende Strom so weit ansteigt, daß die Spannung an dem genannten einen Ende einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet·

Die Wirkung dieser Schaltung besteht darin, daß der Induktionsspule Energie entnommen wird, wenn in der Ablenkspule ein starker Strom erforderlich ist und der weitere Stromverstärker weniger stark leitet· Dementsprechend kann die Sp^ bespannung niedriger sein, als es sonst notwendig wäre, und es wird auf diese V/eise der Energieverlust in dem erwähnten ersten Stromverstärker vermindert« Die Verstärker entfalten vorzugsweise Flächentransistoren·

Vorzugsweise wird eine in der Mitte angezapfte Spule in Verbindung mit zwei ersten Stromverstärkern verwendet, die jeweils mit einem der beiden Spulenenden verbunden sind und in Abhängigkeit von dem Eingangssignal im Gegentakt arbeiten· Die Induktionsspule und der weitere Stromverstärker sind mit der Mittelanzapfung der Spule verbunden und es ist der genannte Hilfssteuerkreis derart angeordnet, daß er den weiteren Stromverstärker veranlaßt, weniger stark zu leiten, wenn die Spannung an einem der beiden Spulenenden den vorbestimmten Schwellenwert überschreitet· Eine Besonderheit

BAD 0K

des bisher beschriebenen Systems besteht darin, daß die benötigte Höhe der Betriebsspannung von der Anzahl der pro Sekunde erforderlichen schnellen Ablenkungen abhängt, und es muß die Induktionsspule ziemlich groß sein, wenn sie eine Reihe von mehreren großen Ablenkungen bewältigen soll, bevor ihre Energie wieder ergänzt werden kann« Eine weitere Verbesserung der Erfindung erlaubt, die Energie der Induktionsspule in dem Maße, wie sie entzogen wird, laufend wieder zu erneuern. ·

Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung dient die Induktionsspule zugleich als Reihen-Beruhigungsinduktivität einer Stromregelschaltung» Wenn während einer raschen Ablenkung elektrische Energie von der Induktionsspule auf die Ablenkspule übertragen wird, veranlaßt bei diesem verbesserte!* Ablenksystem die Stromregelschaltung, die vorzugsweise einen Flächentransistor als Reihenschalter benutzt, daß dem Netzgerät Strom entnommen wird, um die in der Induktionsspule gespeicherte Energie wieder zu ergänzen. Auf diese Weise reicht eine noch niedrigere Speisespannung aus und es wird infolgedessen der Energieverlust weiter vermindert, da die Energie ersetzt wird, während sie entnommen wird, so daß die zwischen schnellen Ablenkungen erforderliche Mindestzeit verringert wird·

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläuterte Die der Beschreibung und den

909834/1083

Zeichnungen zu entnehmenden Merkmale können bei anderen Ausführungsformen der Erfindung einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung finden_e Es zeigen:

Figo 1 das Schaltbild eines bekannten Gegentakt-Ablenksystems,

ig· 2 das Schaltbild eines Systems nach der Erfindung,

Fig« 3 das Schaltbild eines weiteren verbesserten

Systems und '

Figo 4· das Zeitdiagramm einiger Spannungen des Systems nach Figo 2_O

Zuerst wird eine bekannte Gegentaktschaltung beschrieben und es wird dann- gezeigt, wie die Erfindung auf solch eine Schaltungsanordnung, die den Vorteil hat, daß für ihre Spule nur eine einzige Stromversorgung benötigt wird, angewandt werden kann₀ Es versteht sich jedoch, daß die Erfindung auch bei einer unsymmetrischen Anordnung anwendbar isto

Die bekannte Anordnung nach Figo 1 besitzt eine Ablenkspule 10 mit einer Mittelanzapfung 11, die mit der die hohe Spannung führenden ersten Klemme»16 zweier Klemmen 16 und 17 eines Netzgerätes verbunden ist, zwischen denen die Betriebsspannung V_x. angelegt isto Die beiden Enden der Spule sind über je einen Transistor 12 bzw«, Ί3 mit der die niedere Spannung führenden zweiten Klemme 17

.Λ

verbunden ο Der Strom in der Spule wird durch ein Signal gesteuert, das an die Klemme 14 angelegt ist und die Basen der Transistoren mit Hilfe eines Phasenteilers im Gegentakt ansteuert_o Wie schon früher erwähnt, ist nachteilig, daß für hohe Arbeitsgeschwindigkeiten hohe Speisespannungen erforderlich sindo "Überdies neigt der Spulenstrom zum Überschwingen und es kann das Abklingen des Überschwingens viele Mikrosekunden beanspruchen, also eine Zeit, die einen erheblichen Teil der gesamten Ablenkzeit betragen kann_o

Eine erste Aus führung s form der Erfindung wird in Pig« gezeigte Die Ablenkspule 11 wird von den Transistoren 12 und 1J gesteuert, die in Klasse A betrieben werden und deren Basen wie bei der Anordnung nach Fig. Λ gespeist werden. Die Transistoren führen einen &esamtstrom I.■> Ein Nebenschluß-Transistor 22 ist zwischen die Mittelabzapfung 11 der Spule 10 und die die niedere Spannung führende zweite Klemme 17 geschaltet und es ist außerdem eine Induktionsspule 21 zwischen die Mittelanzapfung 11 und- die erste Klemme 16 geschaltet. Der Transistor 22 nimmt normalerweise einen Strom Ip auf, der vorzugsweise annähernd 1^/3 beträgt_o Die Induktionsspule 21 führt den Gesamtstrom 1-, = I^ ■*■ I₃₀

Im stationären Zustand ist die Spannung V₀, die ah der

Mittelanzapfung 11 anliegt, gleich der Spannung V

1 1

zwischen den Klemmen 16 und 17» V^ ist kleiner als V^ in der Anordnung nach Fige 1«

0 98 3471083

Wenn sich jedoch das Eingangssignal ändert, dann ändern sich die Ströme in den Transistoren 12 und 13 differentiell

■ ■ ' 1

und die Spannungen an ihren Kollektoren weichen von V. ab» V/enn der Kollektorstrom in des Transistor 12 anwächst, dann wird seine Kollektorspannung unter VJ absinken_e Es ist ein Hilfssteuerkreis 23 vorgesehen, der immer dann, wenn die Kollektorspannung am Transistor 12 unter einen Schwellenwert V₁₁₁-Jj₁ absinkt, den durch den Transistor ?2 fließenden Strom Ip reduzierte Diese Verringerung des Stromes L· verursacht eine Verminderung des Stromes I,, so daß die an die Ablenkspule angelegte Spannung Vp steigt* Ein Teil der zur Ablenkung benötigten Energie wird so der Induktionsspule 21 entnommen.

Der Hilfssteuerkrei& 23 ist eine Schwellenwert- oder Clipperschaltung, die nur dann ein Signal zu der Basis des Transistors 22 weiterleitet, wenn die Kollektor-'spannung am Transistor 12 unter V. absinkt· Ein gleicher Hilfssteuerkreis 24- ist für den Kollektor des Transistors 13 vorgesehen, so daß der Strom im Transistor 22 unabhängig davon, die Spannung welchen Kollektors absinkt, reduziert wird· Statt dessen kann auch nur eine einzige Schwellenwertschaltung mit einer ^IIODER^II-Eingangsschaltung verwendet werden, die auf die niedrigere der beiden Kollektorspannungen anspricht.

Dieser Vorgang wird deutlicher, wenn man der Fig. 4· Bnachtung schenkt, in der A ein Eingangssignal darstellt, das einen Teil 40 mit geringem Anstieg und einen Teil 4-1 mit sehr viel größerem Anstieg enthält*

^0983^/1083

Dai Signal B ist die Spannung am Kollektor do Transistors 12 und das Signal C ist die entsprechende Spannung am Kollektor des Transistor« 13« Da -die beiden Transietoren im Gegentakt arbeiten, entstellt das Signal C aus dem Signal B durch. Umkehrung· Bei einem geringeren Anstieg genügt an der Spule eine sehr klein· Spannung, um die notwendige £nderungsgeschwindigkeit des Stromes zu erzeugen, so daß keine hohe Speisespannung benötigt .-wird· Ein großer Anstieg verlangt jedoch für eine hohe Änderungsgeschwindigkeit des Stromes eine viel höhere-Spulenspannung, die verursacht, daß das Kollektor- , Potential eines Transistors unter V. absinkt· Der, Nebenschluß-Transistor 22 wird deshalb teilweise gesperrt, bis der große Anstieg; 41 beendet ist« Danach wird der Nebenschluß-Transistor 22 wieder geöffnet, um die Spannung Vp ^auf eiaen Wert kleiner als V' herabzusetzen, so daß sich die Energie in der Induktionsspule wieder voll aufbauen kann· Die Ausgangsspannung der Induktionsspule 21 ist als Signal D dargestellt·

Dieser Verstärker hat den Vorteil, daß er mit einer niedrigen Spannung vl betrieben wird, aber bei Bedarf eine hohe Spannung verfügbar ist* Die Induktionsspule muß jedoch eine große Induktivität besitzen, da verschiedene schnelle Ablenkungen erforderlich sein können, bevor die verbrauchte Energie wieder ersetzt werden kann, und die benötigte Speisespannung hängt von der Anzahl der pro Sekunde erforderlichen schnellen Ablenkungen ab·

9098 34/108

BAD

Eine verbesserte Weiterentwicklung dieses Systems ,ist. in Fig. 3 dargestellt» Die Induktionsspule 21 liefert die erforderlichen großen Spannungen und wirkt,außerdem als Beruaigungsinduktivität eines Schaltreglers,der so » angeordnet ■-ist, daß er die in der Induktionsspule ge-sspeicherte"Energie aufrechthältϊ indem er dem Netzgerät Ström nur nach Bedarf entnimmt» Wenn der Induktionsspule 21 Energie entzogen wird, sinkt der Strom Ix ab und dies führt zu einer proportionalen Abnahme der Spannung an einem zu der Induktionsspule in Serie gesphai- , teten Widerstand $1· Eine herkömmliche Steuerschaltung 34, die auf Spannungsanderungen anspricht, steuert einen ebenfalls zu der Induktionsspule 21 in Serie geschalteten Schalttransistor 32· Wenn der Strom I.« auf einen Wert I^ - X I_x absinkt, wobei ο X, ;> 1-,/1O; schaltet ein Signal des Steuerschaltung 34- diesen Transistor 32 ein und erlaubt, daß dem Netzgerät Strom entnommen wird, um den die Induktionsspule durchfließenden Strom auf I^ +k I anv/achsen zu lassen, worauf der Transistor wieder ausschaltete Bis der Strom I-, wieder unter den Wert I, - k I_x

7 3

absinkt, bei dem der Transistor 32 wieder einschaltet, fließt der Ausgangsstrom durch eine Diode 33·

Demnach wird der Strom X₇, zu jeder Zeit auf dem richtigen Niveau gehalten und es wird dem Netzgerät nur so viel Leistung entnommen, wie tatsächlich benötigt wird«, Vorteilhafte Eigenschaften dieses Systems sind, daß die Speisespannung nicht stabilisiert zu werden braucht, hohe Ablenkgeschwindigkeiten mit niedrigeren Speisespannungen erzielt werden, als man gewöhnlich verwendet, und die Schaltung überdies weitgehend gegen Kurzschlüsse gesichert ist«. In dem in Fig. 3 von gestrichelten Linien

909834/T083

umschlossenen Schaltungsteil sind Kurzschlüsse zur Erde nicht schwerwiegend, da der Schaltregler, den Eingangs strom konstant hält und somit· die Wartung erleichtert;· . : . _■...., -. % -.-.= -.·■ ■ , .- . _: -··. \

9 0 9834/1Q83

Claims

Patentansprüche

^Ablenksystem für eine Kathodenstrahlröhre mit einer ^—^Ablenkspule, die ganz öder mit einem Teilstück zwischen die beiden Klemmen eines die Speisespannung liefernden Netzgerätes geschaltet ist, und mit einem zwischen das eine Ende der Spule und einer Klemme des Netzgerätes eingeschalteten Stromverstärker, der auf ein Eingangssignal anspricht und zum Variieren des Spulenstromes dient, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die erste Klemme (16) des Netzgerätes und das andere Ende (11) der Spule oder ihres Teilstückes eine Induktionsspule (21) geschaltet ist, daß an dieses andere Ende (11) und die zweite Klemme (17) des Netzgerätes ein weiterer Stromverstärker (22) angeschlossen ist, und daß ein Hilfssteuerkreis (23) vorgesehen ist, der den weiteren Stromverstärker (22) in Abhängigkeit von der Spannung an dem genannten einen Ende der Spule oder ihres Teilstückes derart steuert, daß der weitere Stromverstärker (22) veranlaßt wird, weniger stark zu leiten, wenn der den ersten Stromverstärker Surchfließende Strom so weit ansteigt, daß die Spannung an dem genannten einen Ende einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.

2· Ablenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkspule (10) eine Mittelanzapfung (11) aufweist und diese Mittelanzapfung (11) über die Induktionsspule (21) mit der ersten Klemme (16) des Netzgerätes verbunden ist. .

909834/108

BAD ÖfifGfNAt

3. Ablenksystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei erste Stromverstärker (12 und 15) vorgesehen sind,, von denen jeder je ein Ende der Ablenkspule (1O) und an die zweite Klemme (1?) des Netzgerätes angeschlossen ist_e

4« Ablenksystem nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß zwei Hilfssteuerkreise (23 und 24-) vorgesehen sind, von denen jeder je einem der ersten Stromverstärker
(12 bzw« 1'5) zugeordnet sind und die beide mit dem
weiteren Stromverstärker (22) verbunden sind, um
denselben in Abhängigkeit von den Spannungen an den
Enden der Ablenkspule (10) zu steuern,,

5·. Ablenksystem nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß mit dem weiteren Stromverstärker ein einziger
Hilfssteuerkreis verbunden ist.und die. Spannungen von den beiden Enden der Ablenkspule über eine ODER-Schaltung an den Hilfssteuerkreis angelegt sind.

6_e Ablenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfssteuerkreis (23; 24) eine Schwellenwert- oder Clipperschaltung ist.

7· Ablenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Inductions- " spule (21) und die erste Klemme (16) eine Stromregelschaltung (31» 32) geschaltet ist, die Strom von dem
Netzgerät zur Induktionsspule (21) überträgt, wenn
der Induktionsspule (21) Energie entzogen wird·

909834/108

BAD

Ablenksystem nach Anspruch 7,dadurch gekennzeichnet, daß die. Stromregelschaltung einen Widerstand (31). und einen Schalttransistor (32) umfaßt, dessen Zu-, stand von einer Steuerschaltung (.34·.) gesteuert wird, die auf Veränderungen des Spannungsabfalles am Widerstand (31) anspricht, und daß der Schalttransistor (32) zwischen den Widerstand (31) und die erste . Klemme (16) geschaltet ist_o

9ο Ablenksystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet,' daß eine Shunt-Diode (33) zwischen die zweite Klemme (17) und das dem Netzgerät zugewandte Ende des Widerstandes (31). geschaltet ist, die den Betriebsstrom führt, solange der Transistor (32) nicht eingeschaltet isto

10o Ablenksystem nach einem der vorhergehenden Ansprücne, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die ersten Stromverstärker (12; 13) und/oder der weitere Stromverstärker (22) Flächentransistoren enthaltene

I- ■

o Ablenksystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Hilfsstromkreise (23; 24-) auf die Kollektorspannung des oder der ersten Stromverstärker (12; 13) ansprechen und mit der Basis des weiteren Stromverstärkers. (22) verbunden sind«

(09834 / 1 083
BAD ORfGlNAl.