DE1905936A1

DE1905936A1 - Speiseschaltung fuer ein Ablenkjoch

Info

Publication number: DE1905936A1
Application number: DE19691905936
Authority: DE
Inventors: Rodal David R
Original assignee: Ampex Corp
Current assignee: Ampex Corp
Priority date: 1968-03-01
Filing date: 1969-02-06
Publication date: 1969-09-11
Also published as: BE726391A; DE1905936B2; GB1259864A; FR2003012A1; US3529206A

Description

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Patentanwälte· Dipl.-Ing. F. Weickmann,

,Dipl.-Ing. H. Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke JC Öipx.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

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8 MÜNCHEN 27, DEN

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48 39 21/22

LÖ/HI

Ampex Corp₀ 401 Broadway, Redwood City, California 94

Speiseschaltung für ein Atilenkjoch..

Die vorliegende Erfindung bezieht sich generell auf magnetische Ablenkschaltungen zur Ablenkung von Elektronenstrahlen und insbesondere auf eine Speise'schaltung für ein Ablenkjoch, wie sie in Ablenkkreisen für Elektronenstrahl-Auf nähme gerate Verwendung findet.

Es sind Scnaltungsanordnungen zur Speisung von Ablenkjochen von Elektronenstrahlvorrichtungen bekannt geworden, von denen einige typische Vertreter einen Vorwärtsspeisekreis besitzen, welcher ein Korrektursignal zum Ausgangskreis des das Ablenkjoch speisenden Ablenkverstärkers liefern. Der Wert des durch den Vorwärtsspeisekreis gelieferten Signals ist an den Wert des Signals angepaßt, der durch das Ablenkjoch für eine richtige Ablenkcharakteristik gefordert wird. Derartige bekannte Schaltungsanordnungen besitzen eine Schalt-

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ansprechlinearität (time - response linearity) und einen generellen Wirkungsgrad, welche für die gebräuchliche kommerzielle Anwendung ausreichend sind.

In verschiedenen komplizierten Elektronenstrahlsystemen, wie "beispielsweise in Elektronenstrahl- Aufzeichungsgeräten hoher Dichte, sind jedoch extrem kurze Rücklaufzeiten und eine verbesserte Linearität während der Vorlaufzeiten erforderlich, um Informationsverluste während des Aufzeichnungsvorganges zu vermeiden. In derartigen Systemen können die bekannten Schaltungsanordnungen dem geforderten Wirkungsgrad aufgrund von hohen Leistungsverlusteffekten in ihren aktiven Elementen, schlechter Rücklaufzeit und Mlchtlinearität infolge von Überlastung nicht gewährleisten,.

Generell können bekannte Verstärkerschaltungen, wie sie zur Speisung von Ablenkjochen verwendet werden, durch Erhöhung der Verstärkung verbessert werden, was jedoch zu Stabilitätsproblemen führt₀ In Systemen, welche schnelle Rücklaufzeiten erfordern, braucht das Ablenkjoch weiterhin Spannungen in der Größenordnung

von 60 bis 120 Volt, um den Rücklauf mit den gewünschten Geschwindigkeiten zu gewährleisten. Derartige Spannungen passen nicht zu heutigen sehr schnellen Halbleitern, welche in dem Ablenk- Verstärkericreisen verwendet werden. Die Bandbreite oder die Geschwindigkeit von Hoehleistungstransistoren ist stark begrenzt^ was zu einer Schaltungsentwicklung zwingt, welche die geforderten relativ hohen Spannungen und Ströme bei geringem Leistungsyerlüst ergibt. Diese "Forderung wird durch den Umstand erschwert, daß die meisten Ablenk- Ausgangskreise den vollen 'Laststrom bei voller

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Spannung am Ausgangtransistor liefern müssen. Dies führt zu einer relativ hohen Spitzenleistung, während des ersten Teils der Hinlaufzeit. Dieser relativ hohe Leistungsverlustwert verbietet die Verwendung der meisten hochschnellen Halbleiteranordnungen und macht daher eine extrem schnelle Rücklaufzeit von beispielsweise 0,6 Mikrosekunden schwer, wenn nicht unmögliche

Eine verbesserte Speiseschaltung für ein Ablenkjoch, welcher einen schnellen Rücklauf sowie ein verbessertes Zeitanspruchvermögen und eine verbesserte Linearitätscharakteristik aufweist und einen Ablenkverstärker mit einem Ausgangskreis besitzt, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgangskreis ein Schaltkreis zur Lieferung von Energie in vorgegebenen Zeitperioden angeschaltet ist und daß ein Kompensationsschaltkreis vorgesehen ist, aer zur Abgabe eines Ausgangssignals vorgegebener Signalform zum Ablenkjoch an den Ablenkverstärker angekoppelt ist und einen Teil des Ablenkverstärkers bildet.

Gemäß vorliegender Erfindung ist also eine verbesserte Speiseschaltung für ein Ablenkjoch Vorgesehen, bei der eine Induktivität zur Energiespeicherung und damit zur Reduzierung der Verlustleistung des das Ablenk-· joch speisenden Ausgangstransistors der Speiseschaltung Verwendung findet; in Verbindung damit ist eine Vorwärtsspeise- Kompensation vorgesehen, welche in Verbindung mit einem konventionellen Rückkopplungskreis das Ansprechvermögen und die Linearität der Schaltung verbessert. Zu diesem Zweck ist eine Energiespeicher _:- Induktivität an den Ausgangskreis angekoppelt, welche den zur schnellen Schaltung des Jochflusses erforderlichen hohen Grad an Spannungsänderung liefert. Daher kann der Ausgangstransistor Strom bei einer

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relativ geringen Spannung liefern, wodurch die Yerlustleistung stark reduziert wird. *

Weiterhin ist in der Speiseschaltung eine Kompensation vorgesehen, um ein besseres Ansprechvermögen während · der Rücklaufzeit und eine verbesserte Linearität während der Hinläufzeit zu schaffen; diese Kompensation ist in Form eines Kompensationsschaltkreises vorgesehen^ welcher ein Signal vom Eingangssignal ableitet und dieses zum Eingang des Ausgangskreises der Speise-' schaltung liefert. Im Kompensationsschaltkreis findet ein Yorwärts-speise- Yerstärkerkreis Verwendung, welcher

φ vom Eingang der Schaltung auf den iüingang der Ausgangsstufe des konventionallen Ablenkverstärkerkreises'geschaltet ist, wobei der Yorwärtsepeise- Yerstärkerkreis so ausgelegt ist, daß er näherungsweise die erforderliche Signalform zum Eingang der Ausgangsstufe- _: liefert. Der konventionelle Rückkopplungskreis dient

dann lediglich noch zur Lieferung des Rückkopplungssignals, das zur Bildung der gewünschten Ausgangssignalform erforderlich ist. Es sei bemerkt, daß die Schaltung gemäß der Erfindung nicht auf eine Anwendung zur Speisung von Ablenkjochen beschränkt ist₉ sondern in jeder Schaltungsanordnung verwendbar ist, in der eine bekannte, sich wiederholende Eingangs-

™ signalform verwendet wird, . —

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der figuren. Es zeigtί Figur 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Speiseschal tung für ein Ablenkjoch mit schnellem Rücklauf gemäß der Erfindungj und

Figur 2 ein detailierteres Schaltbild der Schaltung nach Figur 1 „ >; ■■:■;■■-

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In- der Schaltung nach !Figur 1 bilden Verstärker 10 und 20 im Grunde genommen einen Prinzipverstärker, wie er in konventioneller Weise zur Speisung von Ablenkjochen verwendet wird· Zum Zwecke der Erläuterung ist der Verstärker 20 jedoch getrennt dargestellt und wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Ausgangsverstärkerstufe oder Ausgangsverstärker bezeichnete Der Verstärker 10 ist mit seinem Eingang über einen Widerstand 12 an Eingangsklemmen 14 angeschaltet, an denen ein Eingangssignal anliegt. Weiterhin ist der Verstärker 10 (welcher im folgenden als Prinzipverstärker bezeichnet wird) mit seinem Ausgang an ä einen Summationspunkt 16 angeschaltet, welcher seinerseits an einen generell mit 18 bezeichneten Ausgangs— kreis angeschaltet ist. Dieser Ausgangskreis 18 enthält den vorgenannten Ausgangsverstärker 20, welcher gemäß der Erfindung modifiziert ist, wie im folgenden noch beschrieben wird. Der Ausgangskreis 18 ist an ein Ablenkjoch 22 einer Elektronenstragvorrichtung angeschaltet. Das andere Ende des Ablenkjoehs ist über einen Widerstand 14 auf den Eingang des Prinzipverstärkers 10 zurückgeschaltet, um eine konventionelle Rückkopplungsschleife zu definieren. Das gleiche Ende des Ablenkjoehs 22 ist über einen Widerstand 26 an Masche geschaltet. Die Widerstände 12, 24, und 26 { bestimmen den Gewinn der geschlossenen Rückkopplungsschleife. '

Gemäß der Erfindung ist zwischen die Eingangsklemmen und dem Summ.:, ti onspunkt 16 ein Kompensatiönsschaltkreis 28 geschaltet. Der Kompensationsschaltkreis enthält im wesentlichen einen Widerstand 30, welcher zwischen die nichtgeerdete Eingangsklemme 14 und einen Kompensationsverstärker 32 geschaltet ist, der seiner-

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seits an den Summationspunkt 16 angeschaltet Ist. Ein i") -Kreis 34 ist über den Kompensationsverstärker geschaltet. Dieser Kreis 34 ist ein passives Me tzwa:k, das zur Bestimmung des Ansprechvermögens des eine geschlossene Schleife darstellenden !Compensations— Schaltkreises 28 ausgelegt ist.

Der Kompensationsschaltkreis 28 liefert näherungsweise die geforderte Signalform zum Eingang des Ausgangsverstärkers, doh. zum Ausgangskreis 18. Daher tilden der Kompensationsschaltkreis 28 und der Ausgangsverstärker 20 einen guten Speisekreis mit offener Schleife. Der Verstärker 10 und der Rückkopplungspfad mit geschlossener Schleife werden dann lediglich dazu verwendet, um die Fehler im Pfad mit offener Schleife zu korrigieren» Diese Stufen müssen also nicht das gesamte Speisesignal liefern. Diese Art der Kompensation mit einem Vorwärtsspeise- und Rückkopplungsverlust gemäß der Erfindung ermöglicht die Ausnutzung geringerer bchleifengewinne und Bandbreiten für die gleiche Ausgangsleistung.

Ersichtlich liefert der Kompensationsverstärker 32 das Signal, das normalerweise durch den Ausgangsverstärker 20 gefordert 'wird» Die Verstärker 20 und sind mit anderen Y/orten so ausgelegt, daß sie das ■bestmögliche Signal zur Last, doh«, zum Ablenkjoch liefern* Der Verstärker 10 reduziert dann zusätzlich die Fehler zwischen dem Eingang und Ausgang* Ohne den Kompensationsverstärker 32 müßte der Prinzipverstärker 10 sowohl das Signal des Verstärkers 32 als auch die Fehlersignale liefern«, Der erfindungsgemäße Einsatz des Kompensationsverstärkers 28 reduziert

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also die Anforderungen an den Prinzipyerstärker 10 und verbessert damit das Ausgangs- Ansprechvermögen und die Linearität der Ablenkjoch- Speiseschaltung.

±n Figur 2 ist der erfindungsgemäß ausgestaltete Ausgangskreis 18 im einzelnen dargestellt. Der Ausgangsverstärker 20 stellt grundsätzlich eine konventionelle Ausgangsstufe eines Prinzipablenkverstärkers darf er ist jedoch laier zur Bildung des Ausgangskreises getrennt dargestellt und enthältTransistoren 36» und einen Ausgangstransistör 40©

Der Kompensationsschaltkreis 28 ist mit seinem Ausgang an den Summationspunkt 16 angeschaltet» welcher zum Teil durch einen an die Basis des Transistors 36 angeschalteten Widerstand 42 gebildet wird. Der Summationspunkt 16 enthält weiterhin einen Widerstand 4-4, der mit einem Ende an dem Verbindungspunkt des Verstärkers 10, des Widerstandes 42 und der Basis des Transistors angeschaltet ist. Das andere Ende des Widerstandes ist an eine vorgegebene negative Spannung — V₀ angeschaltet, welche im vorliegenden Ausführungsbeispiel in der Größenordnung von - 12 Volt liegt. Der Kollektor des Transistors 36 ist an Masse geschaltet, während sein Emitter über einen Widerstand 46 an die Spannung ' | - V angeschaltet ist. Der Emitter des Transistors

ist an die Basis des Transistors 38 angeschaltet, dessen Kollektor an Erde und dessen Emitter an den Emitter des Ausgangstransistors 40 angeschaltet ist« Die Basis des Transistors 40 ist an die Kathodenseite einer Serienschaltung von Dioden 48 angeschaltet, deren Anodenseite an Erde liegte Weiterhin ist die Basis des Transistors über eine Kapazität 50 an Masse geschaltet. Der Verbindungspunkt zwischen der Kapazität |0 und den Dioden ist über einen Widerstand 32 an die Spannung - V__rt gelegt.

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Die Emitter der Transistoren 38 und 40 sind an einen Induktivitatsschxeien,aus Transistoren 54 und 56 gebildeten Yorspannungskreis angeschaltet, wobei.der Kollektor des Transistors 54 an die Emitter der ■ Transistoren 38 und 40 angeschaltet ist« Der Emitter des Transistors 54 ist über einen Widerstand 58 an die Spannung -"V" gelegt, wobei die Basis dieses '"

CC

Transistors über einen Widerstand 60 ebenfalls an der ' Spannung - Y_„ liegt. Die Basis des Transistors 54

CC ."■-."

ist weiterhin an den.Emitter des Transistors 56 und über eine Kapazität 62 an Masse geschaltet. Der Kollektor des Transistors 56 ist an Masse gelegt, während seine Basis über einen Widerstand 64 an der Spannung - Y liegt_o Weiterhin liegt die Basis '

CC

des Transistors 56 über eine Kapazität 66 einerseits und einen Widerstand 68 andererseits an Masse.

Es ist zu ersehen, daß der_ Ausgangsiransistor 40 aufgrund der geringen Impedanz der Kapazität 50 und des Gleichvorspannungsnetzwerkes aus dem Widerstand 52 und den Dioden 48 in Basisschaltung betrieben ist. '

Gemäß der Erfindung ist der Kollektor aes Ausgangstransistors 40 an ein Ende des Ablenkjoches 22 una an die Anode einer Diode 70 angeschaltet, deren ; Kathode an einer vorgegebenen positiven Spannung + T-liegt. Diese Spannung + T kann einen Wert in der Größenordnung von + 70 YoIi; besitzen,. Ein Ende einer Induktivität 72 ist an den Verbindungspunkt der Diode 70, des Kollektors des Transistors 40 und des Ablenkjochs angeschaltet, während das andere Ende dieser Induktivität über einen Widerstand 74 an einer vorgegebenen positiven Spannung +T₀₀ liegt«, Diese Spannung." + 'V kann einen Wert in der Größenordnung von + 12 YoIt besitzen.

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Parallel zur Induktivität 72 liegt ein Widerstand 76. Die Schaltungskomponenten 70 Ms 76 definieren im. Grunde genommen einen generell mit 78 bezeichneten induktiven Kreis zur Speicherung der zur Erreichung der relativ kurzen Rücklaufzeit erforderlichen hohen Energie.

Der induktive Kreis 78 (nämlich die Induktivität 72) wird also zur Speicherung der Energie verwendet, welche zum Schalten des Ablenkjoches 22 erforderlich ist; zu diesem Zeitpunkt bestimmt der Transistor 40 in Verbindung mit dem Widerstand 74 den Ablenkjocnstrom. Der Widerstand 74 stellt dabei einen ötrombegrenzenden Widerstand für die Induktivität 72 dar. Die Diode 70 dient zur Festlegung der Ausgangsspannung und verhindert einen Durchschlag des Ausgangstransistors '40. Der Widerstand 76 dient während des Rücklaufes zur Dämpfung für die Induktivität 72 und das Ablenkjoch

Ersichtlich reduziert der induktive Kreis 78 die Verlustleistung im Ausgangstransistor 40, da dieser Transistor im Anfangsbereich der Hinlaufzeit keinen hohen Strom bei hoher Spannung liefern muß.

Die erfindungsgemäße Schaltung ist nicht auf die im vorstehenden beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen beschränkte

Beispielsweise können andere Typen von Festkörper-Bauelementen, wie beispielsweise gesteuerte Siliciumgleichrichter anste±le von Transistoren speziell in der Ausgangsstufe verwendet werden, wobei ein kapazitives Element zur Energiespeicherung verwendet wird. Darüber-

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hinaus ist zu "bemerken, daß die erfindungsgemäße Schaltung nicht auf die Verwendung in Verbindung mit der Speisung von Ablenkjochen beschränkt ist? sie kann vielmehr in jeder Schaltungsanordnung verwendet werden,: in der eine "bekannte, sich wiederholende Eingangs signalform verwendet wird. .

- Patentansprüche —

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Claims

Patentansprüche

1..! gpeiseschaltung für ein Ablenkjoch,, welche einen """ schnellen Rücklauf sowie ein verbessertes Zeitansprechvermögen und eine verbesserte Linearitätscharakteristik aufweist und einen Ablenkverstärker mit einem. Ausgangskreis besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgangskreis (18) ein Schaltkreis (78) zur Lieferung von Energie in vorgegebenen Zeitperioden angeschaltet ist und daß ein Kompensationsschaltkreis (28) vorgesehen ist, der zur Abgabe eines Ausgangssignals vorgegebener Signalform zum Ablenkjoch (22) an den Ablenkverstärker (10, 20) angekoppelt ist und einen Teil des Ablenkverstärkers bildet,

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1₉ dadurch gekennzeichnet, daß der an den Ausgangskreis (18) angeschaltete Schaltkreis (78) als Reaktanzkreis ausgebildet ist.

3. Schaltung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der an den Ausgangskreis (18) angeschaltete Reaktanzkreis (78) zur Lieferung einer vorgegebenen Energie an das Ablenkjoch (22) während des

' Rücklaufs im Ablenkzyklus dient.

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4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktanzkreis (78) eine Induktivität (72) enthält, welche mit einem Ende an das Ablenkjoch (22) und mit dem anderen Ende an eine vorgegebene Spannung (+"V__ft) angekoppelt ist und daß an den Verbindungspunkt der Induktivität und des Ablenkjochs ein Element (70) zur Festlegung der Ausgangsspannung auf einen vorgegebenen Wert angekoppelt ist. ■

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ο Schaltungsanordnung nach einem, der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktanzkreis (78) eine Kapazität enthält, 'welche über wenigstens einen gesteuerten Silicium-Gleichrichter an das Ablenkjoch (22) angekoppelt ist.

6. Schaltung nach einem der Ansprüche T bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompensationsschaltkreis (28) eine Yorwärtsspeiseschleife (30, 32, 34) enthält,, welche vom Eingang des Ablenkverstärkers (10, 20) auf den Eingang des Ausgangskreises (18) geschaltet ist,

7. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rückkopplungsschleife (24) vom Ablenkjoch (22) auf den Eingang des Ablenkverstärkers (10, 20) vorgesehen ist, daß die Vorwärtsspeiseschleife einen verstärker (32) und einen ß -Kreis (34) aufweist, wobei der P -Kreis das Ansprechvermögen des eine geschlossene Schleife darstellenden Kompensationskrei-ses (28) bestimmt, daß die Yorwärtsspeiseschleife zur Erzeugung eines Ausgangssignals mit etwa der für das Ablenkjoch (22) geforderten Signalform dient und daß die Rückkopplungsschleife zur Erzeugung eines Signals dient, das einen Fehler zwischen dem Ausgangssignal der . Vorwärtsspeiseschleife und der gewünschten Ausgangssignalform entspricht.

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