DE1923830A1

DE1923830A1 - Magnetische Ablenkschaltung fuer Kathodenstrahlroehren

Info

Publication number: DE1923830A1
Application number: DE19691923830
Authority: DE
Inventors: Myers John Lane
Original assignee: TASKER IND VAN NUYS
Current assignee: TASKER IND VAN NUYS
Priority date: 1968-05-10
Filing date: 1969-05-09
Publication date: 1969-11-20
Also published as: FR2008285B1; FR2008285A1; US3515933A; DE1923830B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft magnetische Ablenkschaltungen für Kathodenstrahlröhren und insbesondere eine Schaltung, die eine größere Bandbreite als bisher bekannte Schaltungen erreicht und dadurcü eine getreuere Wiedergabe eines Eingangssignals mit hohen Frequenzkomponenten auf dem Schirm einer Röhre liefert.

Kathodenstrahlröhren (CRT) finden heutzutage einen weiten Anwendungsbereich bei der Sichtanzeige von Information eines Rechners oder eines anderen Gerätes, das die Information in Form elektrischer Signale speichert. Oft stellen solche elektrischen Signale komplizierte Wellenformen, beispielsweise Rechteckwellen, sägezahnförmige oder

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Patentanwälte Dipl.-lng. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

andere Wellenformen dar, deren hochfrequente Komponenten -von der CET korrekt wiedergegeben werden massen, um ein genaues Bild der Wellenform zu erhalten.

Wegen ihres großen Ablenkwinkels werden im allgemeinen elektromagnetische Ablenksysteme den elektrostatischen vorgezogen. Bei einem elektromagnetischen Ablenksystem umgibt ein Joch das hintere Ende oder den Hals der GET, und der durch die Jochspule fließende Strom steuert die Ablenkung des aus der Elektronenkanone der GET austretenden Elektronenstrahls. Im allgemeinen wird das Joch von einem Leistungsoperationsverstärker betrieben, der eine Stromrückkopplung enthält, um die gewünschte Linearität zwischen der Amplitude des Eingangssignals und der Strahlablenkung aufrechtzuerhalten.

Bekanntermaßen hat jedes zur magnetischen Ablenkung dienende Joch eine spezielle Resonanzfrequenz. Solange die Frequenzen der Eingangssignale unterhalb der Resonanzfrequenz des Jochs liegen, reichen die gegenwärtig verwendeten Stromrückkopplungsverfahren aus, um die Proportionalität zwischen der Eingangssignal-Amplitude und der Größe der Elektronenstrahlablenkung aufrechtzuerhalten· Wenn die Eingangssignale jedoch Frequenzkomponenten enthalten, die oberhalb der Resonanzfrequenz des Jochs liegen, werden diese Frequenzen nicht getreu wiedergegeben. Der Grund hierfür liegt darin, daß der durch das Joch fließende Strom bei Eingangssignalen mit einer Frequenz oberhalb oder nahe der Joeh-Eesonanzfrequenz sieh in zwei Hauptkomponenten aufspaltet. Die eine Komponente ist

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mit dem vom Joch erzeugten Ablenkfluß in Phase, während die andere Komponente entgegengesetzte Phase hat. Die zweite oder kapazitive Komponente wird von der ersten oder induktiven Komponente subtrahiert, weshalb der Riickkopplungsstrom große Fehler enthält· Die vorliegende Erfindung vermeidet diese angeführten Nachteile.

Die vorliegende Erfindung liefert eine verbesserte Hochfrequenzrückkopplung, indem der magnetische Fluß, der aufgrund induktiver Ströme im Joch erzeugt wird, unabhängig von der kapazitiven Komponente des Jochstroms abgetastet wird, die auf der Eigenkapazität beruht. Die meisten der üblichen Flußsensoren tasten nicht den Gesamtfluß, sondern nur die Änderungsgeschwindigkeit des Flusses ab. Es wird also die Fluß-Änderungsgeschwindigkeit, abgetastet und inte-

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griert, um ein Maß den Gesamtfluß zu erhalten. Dieses den Gesamtfluß darstellende Signal dient als Rückkopplungssignal, um Proportionalität zwischen Signalen, deren Frequenzen nahe oder höher als die Joch-Resonanzfrequenz liegen, und der Strahlablenkung der CRT zu schaffen. Auf diese Weise wird die Wirkung der zuvor erwähnten zweiten Komponente des Jochstroms ausgeschaltet.

Es folgt nun eine Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Zeichnungen.

Figur 1 ist ein Diagramm einer in der Technik üblichen Ablenkschaltung.

Figur 2 ist ein Diagramm der erfindungsgeiaäßen

3-rund schaltung.

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Figur 3, 4-, 5, 6, 7 und 8 sind Schaltungen verschiedener Ausführungsformen der Erfindung.

Bevor die Erfindung im einzelnen erläutert wird, soll kurz erörtert werden, welche Anforderungen an eine Jochtreiberschaltung zu stellen sind, da bisher bekannte Schaltungen nicht alle Forderungen erfüllen. Die G-rundforderung,die für eine gute Darstellung von Symbolen auf der Bildfläche einer ORT aufgestellt wird, besteht darin, daß die Auslenkung oder der Abstand d zwischen dem Auftreffpunkt des Elektronenstrahls und einem Bezugspunkt durch einen linearen Proportionalitätsfaktor k, mit dem Eingangssignal E. in Beziehung steht, so daß gilt*

d = k_d E₁ (!)

Wenn die durch die Geometrie etc. der CRT hervorgerufene Verzerrung durch eine Korrekturschaltung oder eine andere Vorrichtung kompensiert wird, ist die Verschiebung des Schreibpunktes proportional zu dem Winkel, um den der Elektronenstrahl gegenüber einem Bezugswinkel verschoben ist. Bei einem elektromagnetischen Ablenksystem ist der Ablenkwinkel proportional zum Magnetfluß im Joch, der seinerseits proportional zu dem durch das Joch fließenden Strom Iy ist. Die gewünschte Proportionalität wird erreicht, wenn

I_y = Ic₁ B₁ (2)

Dabei ist kj ein linearer Proportionalitätsfaktor. Durch die Stromrückkopplung erreicht man die gewünschte Proportionalität. Die kürzeste Anstiegszeit der zur Zeit erhältlichen

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Magnetjoche liegt in der Größenordnung von 1yusec bei einem Eingangssignal mit praktisch augenblicklicher Anstiegszeit.

Der Hauptgrund für diese Einschränkung liegt darin, daß der Joehstrom Iy bei Eingangssignalfrequenzen nahe oder oberhalb der Resonanzfrequenz des Jochs in zwei Komponenten aufgespalten ist, nämlich in eine induktive Komponente I-j-, die mit dem Fluß in den Wicklungen in Phase ist, und eine kapazitive Komponente I~, die entgegengesetzte Phase aufweist. Die kapazitive Komponente beruht auf dem Stromfluß durch die Eigenkapazität des Jochs, die Leitungsführung des Jochs und manchmal durch die Verstärkerausgangsschaltung. Der Stromfluß im Joch ist also

Iy = I₁ - I₀ (3)

Aus diesem Grunde enthält der Rückkopplungsstrom hohe Fehler. Die einzige Möglichkeit, solche Fehler auszuschalten, bestand bisher darin, die Hochfrequenzverstärkung erheblich einzuschränken, was ersichtlicherweise unerwünscht ist.

Figur 1 zeigt eine herkömmliche Schaltung zum Betrieb eines magnetischen Ablenkjoohs. Ein Eingangssignal wird an eine Eingangsvorrichtung, etwa eine Klemme 10, angelegt und von dort über einen Eingangsverstärker 12 und einen Widerstand 14 einem Iieistungs-Operationsverstärker 16 eingespeist. Der Ausgang des Verstärkers 16 treibt ein magnetisches Ablenkjoch 18 einer (nicht dargestellten) ORT. Das nicht mit dem Verstärker 16 verbundene Ende des Jochs 18 ist über einen Widerstand 20 geerdet· Ein Kondensator 22 stellt die Eigen-

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kapazität des Jochs 18 dar. Eine Stromrückkopplung'erfolgt über einen Widerstand, etwa Widerstand 24, der zwischen dem Eingang des Verstärkers 16 und dem geerdeten Ende des Jochs 18 liegt. Der Spannungsabfall am Widerstand 20 erzeugt eine Gegenkopplung zum Eingang des Verstärkers 16. Da die Rückkopplungsspannung nur der Spannungsabfall am Widerstand 20 ist, ist sie ein Maß für den gesamten Stromfluß durch das Joch 18, der in Gleichung (3) angegeben ist. Der Spannungsabfall am Widerstand 20 stellt also nicht wirklich die Ablenkung dar, die durch den Stromfluß durch das Joch 18 erzeugt wird.

Eine grundsätzliche Ausführungsform der Erfindung ist in Figur 2 gezeigt. Ein an der Klemme 10 anliegendes Eingangs-Ablenksignal wird über den Eingangsverstärker 12 und Widerstand 14 dem Operationsverstärker 16 eingespeist, dessen Ausgabe das Joch 18 betreibt. Eine induktive Sondenspule 26 ist um das Joch 18 gewickelt oder liegt in dessen Nähe und tastet die vom Joch erzeugte Flußänderung ab. Der in der Spule 26 induzierte Strom erzeugt einen Spannungsabfall an einem Rückkopplungswiderstana 28, der mit einem Verstärker 30 und einem parallelgeschalteteu Kondensator 32 und weiterhin über einen Widerstand 34 mit dem Eingang des Verstärkers 16 verbunden ist. Der Verstärker 30 und der Kondensator 32 wirken als Integrator, der an den Verstärker 16 ein Eückkopplungssignal liefert, das den wahren induktiven Strom durch das Joch 18 darstellt.

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In Figur 3 ist die induktive Sondenspule 26 fortgelassen und der Biickkopplungswiderstand 28 direkt mit dem Joch 18 verbunden. Da der induktive Strom durch das Joch dem Integral der Spannung am Joch direkt proportional ist, ist der Strom durch den Eückkopplungswiderstand 34 proportional dem Ablenkstrom. Bei hoher Frequenz fließt ziemlich viel Strom über den Kondensator 22, dieser Strom erzeugt jedoch keinen Bückkopplungsfehler, wie das in Figur 1 der Fall ist.

Eine erhebliche Vereinfachung der Schaltung ist in Figur 4 gezeigt. Dort ist ein Kondensator, etwa Kondensator 36, zwischen dem Verstärker 12 und dem Operationsverstärker 16 in Serie geschaltet. Der zum Verstärker 16 parallele Widerstand 24 liefert die Rückkopplungsbahn. In dieser Ausführungsform wirkt der Kondensator 36 als Gegenstück zur Joch-Induktivität, die zusammen mit dem Widerstand 24 in der Mickkopplungsbahn die nötige Integration der im Joch 18 auftretenden Flußänderung liefert. Der Kondensator 36 wandelt also die Leistungsverstärkerstufe in einen Differentiator um.

Bisher wurde hauptsächlich der Hochfrequenzrückkopplungskreis betrachtet} es sollte jedoch auch eine niederfrequente Bückkopplung verwendet werden, um Niederfrequenz- und Gleichstromstabilität zu schaffen. Eine solche Anordnung ist in Figur 5 gezeigt. Die dort gezeigte Schaltung ist ähnlich der aus Figur 4, nur daß ein Widerstand 38

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zwischen dem Verstärker 16 und dem Joch 18 liegt und zwei " zusätzliche Hiickkopplungswiderstände 40 und 42 vorgesehen sind. Der Widerstand 40 liegt parallel zum Verstärker 16 und der Widerstand 42 parallel zum Kondensator 36· Nur die Änderung des Jochstroms wird über den Widerstand 24 rückgekoppelt und integriert, da der Widerstand 24 an der Verzweigung zwischen dem Widerstand 38 und dem Joch 18 einerseits und dem Eingang dee Verstärkers 16 andererseits anliegt. Im Gegensatz dazu wird der Jochstrom durch die Widerstände und 42 abgetastet und rückgekoppelt, um Niederfrequenz- und Gleichstromatabilität zu erreichen, wobei der Widerstand die gleiche Punktion wie Widerstand 20 aus Figur 1 hat. Im übrigen ist die Arbeitsweise der Schaltung die gleiche wie bei Figur 4.

Die in Figur 6 gezeigte Ausführungsform der Erfindung enthält zwei in den bisherigen Ausführungsformen nicht vorgesehene Merkmale. Bekanntlich können in der Katho-( denstrahlröhre gewisse Verzerrungen des Magnetfeldes auftreten, die durch die Jochmontierung und andere Sekuxidäreffekte verursacht werden. Diese Effekte können zumindest teilweise durch eine zusätzliche Bückkopplung kompensiert werden, wob'ei die Rückkopplungsbahn oder die Bahnen auf spezielle Frequenzen ansprechen. Iil vorliegenden Fall sind zwei zusätzliche Eückkopplungsbahnen vorgesehen. Die eine enthält einen Kondensator 44 und einen Serienwiderstand 46, die Parallel zum Verstärker 16 und Widerstand 38 liegen,

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und die zweite Bahn enthält einen Kondensator 48 und einen Widerstand 50, die ähnlich geschaltet sind. Wie schon erwähnt wurde, kompensieren diese Schaltkreise bis zu einem gewissen Grad die Einflüsse der Montierung von Röhre und Joch etc·

Das zweite in Figur 6 enthaltene Merkmal ist ein Signalbegrenzer 52, der zwischen dem Eingangsverstärker 12 und dem Kondensator 36 liegt, ItLr sämtliche Ausführungsformen der Erfindung ist es wichtig, daß der Integrator nicht in den Sättigungsbereich gelangt, da er im Sättigungsbereich Fehler integrieren würde. In den Ausführungsformen aus Figur 2 und 3 besteht diese Forderung für den Integrator (30, 32). In den Ausführungsformen aus Figur 4 und 5 besteht diese Forderung für den Kreis, der den Widerstand 24, den Kondensator 36 und den Operationsverstärker 16 enthält. In der Ausführungsform aus Figur 6 wird die gleiche Wirkung durch den Begrenzer 52 erzielt. Der Signalbegrenzer 52 kann jedes bekannte Schaltelement sein, etwa eine vorgespannte Diodenbrücke oder andere Anordnung, die die Amplituden der Eingangssignale auf einen gewünschten Wert begrenzt.

Die in Figur 7 gezeigte Ausführungsform ist ähnlich der aus Figur 6, nur daß der ÜTiederfrequenz-Eückkopplungswiderstand 40 und der Stromabtastwiderstand 38 anders geschaltet sind. Hierdurch erhöht sich die Auswahl an Frequenzen, bei denen der Hochfrequenzbetrieb gegenüber dem Niederfrequenzbetrieb vorzuherrsehen beginnt. Ein weiterer Vorteil dieser

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Anordnung besteht darin, daß die Mederfrequenzrückkopplung in stärkerem Maße vom Stromafatastwiderstand 38 abgeleitet werden kann als von dem weniger stabilen Widerstand der Jochwicklung (nicht dargestellt).

Die in Figur 8 gezeigte Ausfuhrungsform ist ähnlich der Ausführung aus Figur 7· Der Verstärker 58 ist mit Differenzial-Eingangsklemmen 60 und 62 versehen und als "Spannungsfolger" geschaltet. Diese Anordnung gestattet dem Leistungs-Operationsverstärker als sein eigener Begrenzer zu arbeiten, ohne daß dadurch die Genauigkeit nachläßt, solange die Eingangsklemmen, insbesondere Klemme 60, keinen nennenwerten Strom ziehen, auch wenn der Verstärker im Sättigungsbereich liegt. Dieser Zustand läßt sich in der Praxis leicht erreichen. Der Kondensator 56 und der Widerstand 24 führen die Integration der den Fluß erzeugenden Jochspannung durch und stellen den Hochfrequenzsteuerkreis dar. Die Widerstände 38 und 54 dienen wie bisher zur Stromabtastung und Niederfrequenzrückkopplung. Kleinere Korrekturen der Feldverzerrungen durch Leitungsführung und Jochmontierung werden, wie in Figur 6 und 7, durch die Schaltungen 44, 46 und 48, 50 durchgeführt.

Obwohl im vorstehenden eine Reihe von Ausführungsformen der Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, ist ersichtlich, daß Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können, soweit sie in den Bereich der Erfindung fallen.

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Claims

PATE NTA NWALTE Dipl.-ing. MARTI N LI CHT

PATENTANWÄLTE LICHT, HANSMANN. HERRMANN ^ ' * Dr. R E I N H O L D SC H M I DT MÖNCHEN 2 · THERESIENSTRAESE 33

Dipl.-Wirtsch.-lng. AXEL HANSMANN DipL-Phys. SEBASTIAN HERRMANN

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TA8KER INDUSTRIES
Van Nuys. Kalifornien
Orion Avenue 7838
V. St. A.

Patentanmeldung* Magnetische Ablenkschaltung

für Kathodenstrahlröhren.

PATENTANSPRÜCHE

(1.1 Ablenkschaltung für eine Kathodenstrahlröhre, gekennzeichnet durch Eingangsvorrichtungen (10) zum Empfang von Eingangs-Ablenksignalenj einen Treiberverstärker (16) mit einem Eingang, der an der Eingangsvorrichtung anliegt, und einem Ausgangs ein magnetisches Ablenk-Joch (18), dessen Eingang mit dem Ausgang des Treiberverstärkers (16) verbunden ist und das eine Resonanzfrequenz besitzt; eine Rückkopplungsvorrichtung (28, 30, 32), die an das Ablenkjoch angeschlossen ist und an den Eingang des Verstärkers ein Rückkopplungssignal liefert, das den induktiven Strom durch das Joch bei Frequenzen unterhalb und oberhalb der Resonanzfrequenz darstellt.

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Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

I MÖNCHEN 2, THERESIENSTRASSE 33 · Telefon: »1202 · Telegramm-Adresse: lipolli/Manchen Bayer. Vereinsbank München, Zweigst. Oskar-von-Mitler-lcing, Kto.-Nr. 882495 · Postscheck-Konto: München Nr. 163397

Oppenauer Büro: PATENTANWALT DR. REINHOLD SCHMIDT
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungavorrichtung eine Vorrichtung (26, 28), die ein erstes Signal liefert, das die Flußänderung im Joch darstellt, und eine zweite Vorrichtung (30, 52) enthält, die das erste Signal integriert und dadurch ein Rückkopplungssignal schafft.
3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Erzeugen des ersten Signals eine Rückkopplungsverbindung (28) vom Eingang zum Ablenkjoch enthält.
4. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,' daß die Rückkopplungsvorrichtung einen Integrator (30, 32) enthält, der zum Treiberverstärker parallelgeschaltet ist.
5. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungsvorrichtung einen ersten Widerstand (24) parallel zum Treiberverstärker und einen ersten Kondensator (36) enthält, der zwischen der Eingangsvorrichtung und dem Eingang des Treiberverstärkers liegt.
6· Schaltung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Vorrichtungen, die die Sättigung der Integratorvorrichtung verhindern.
7. Schaltung nach Anspruch 5» gekennzeichnet durch'einen zweiten Widerstand (40, 42), der parallel zum Treiberverstärker (16) und parallel zum Kondensator (36) liegt und eine Niederfrequenzrückkopplung schafft.

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8. Schaltung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch mindestens eine in Serie geschaltete Kombination aus zweitem Widerstand und zweitem Kondensator (44,46; 48,50), die zwischen dem Eingang des Ablenkjochs (18) und dem Eingang des Treiberverstärkers (16) liegt.
9· Schaltung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen Begrenzer (52) für das Eingangssignal, der zwischen der Eingangsvorrichtung (10) und dem Eingang des Treiberverstärkers (16) liegt.
10. Schaltung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen Widerstand (38), der so geschaltet ist, daß er den Einfluß des Jochwiderstands auf die Mederfrequenzstabilität verringert.
11. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Integration des ersten Signals durch einen Widerstand (24) und einen Kondensator (56) durchgeführt wird, die mit einer zweiten Eingangsklemme (62) des Treiberverstärkers (58) verbunden sind und dadurch die notwendige Rückkopplung schaffen.

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