DE2005477C2 - Schaltung zur Linearitätskorrektur der X- und Y-Ablenksignale für eine Kathodenstrahlröhre - Google Patents

Description

der Ablenksignale und η - 2 ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die spannungsgesteuerten Dämpfungskreise Metalloxid-Feldeffekt-Transistoren (40, 42) enthalten, an deren Torelektroden (36, 38) die Steuerspannung (B) anliegt.

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Linearitätskorrektur der X- und V-Ablenksignale für eine Kathodenstrahlröhre mit magnetischer Ablenkung, bei welcher die eingegebenen X- und y-Signale den Horizontal- und Vertikal-Ablenkverstärkern über spannungsgesteuerte Dämpfungskreise zugeführt werden, die mit den Horizontal- und Vertikal-Ablenkwicklungen des Joches der Kathodenstrahlröhre gekoppelt sind.

Es ist eine Schaltung der gekannten Art bekannt (US-PS 33 09 560), bei welcher die spannungsgesteuerten Dämpfungskreise durch komplexe, nichtlineare Korrekturschaltungen unter Verwendung von Dioden gebildel sind, die ein Korrektursignal durch Kreuzkopplung der X- und V-Signale erzeugt. Dabei werden die Durchbruchspunkte der Dioden zur Annäherung der sich ergebenden Kurve verwendet. Hierdurch ergibt sich auf der Sichtfläche der Kathodenstrahlröhre statt einer geraden Linie eine aus einer Vielzahl von Segmenten bestehende Linie.

Es ist ferner eine Schaltung zur Korrektur der durch die Ablenkung eines Elektronenstrahles in einer Kathodenstrahlröhre hervorgerufenen Verzerrungen bekannt (US-PS 28 31 145), bei welcher stromgesteuerte Schaltungen verwendet werden, wobei die den Strom modifizierenden Schaltungen zunächst von den unmodifizierten Strömen durchsetzt werden und von den Ausgängen der Modifizierschaltungen Ströme abgeleitet werden, die den Eingängen der Modifizierschaltungen über eine Computerschaltung wieder zugeführt werden. Es werden dabei zwei getrennte Korrektur-Strom-Signale erzeugt, die einer Funktion dritten Grades entsprechen. Die erforderlichen Schaltungen sind aufwendig.

Es ist auch noch eine Schaltungsanordnung zur Fokussierung von hochauflösenden Kathodenstrahlröhren, beispielsweise für Radaranlagen, bekannt (US-PS 29 51965). Hier handelt es sich aber nicht um Kathodenstrahlröhren mit magnetischer Ablenkung, und es soll auch keine Linearitätskorrektur, sondern eine selbsttätige Fokussierung erreicht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zur Linearitätskorrektur der X- und Y-AblenkEignale für eine Kathodenstrahlröhre mit magneti-

scher Ablenkung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei vergleichsweise geringem technischen Aufwand eine verbesserte, genauere Korrektur ermöglicht Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die spannungsgesteuerten Dämpfungskreise als Wider-Standsnetzwerke ausgebildet sind, deren Dämpfung sich umgekehrt proportional zur Steuerspannung ändert, und daß an die Signaleingänge eine Analogschaltung angeschaltet ist, welche die Steuerspannung für beide Widerstandsnetzwerke aus den Ablenksignalen nach der parabolischen Funktion E" erzeugt, in welcher Edie geometrische Summe

der Ablenksignale und π=2 ist

Vorzugsweise enthalten die spannurvjsgesteui rten Dämpfungskreise Metalloxid-Feldeffekt-Transistoren, an deren Torelektroden die Steuerspannung anliegt.

Die Erfindung kann mit einem vergleichsweise einfachen Schaltungsaufwand verwirklicht werden, und sie ermöglicht eine weitgehend exakte Wiedergabe auf der Kathodenstrahlröhre.

Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen erläutert, welche darstellen

F i g. 1 ein Diagramm zur Erläuterung der kissenförmigen Verzerrung,

Fig.2 ein Blockschaltbild eines Ablenksystems mit Kompensation der kissenförmigen Verzerrung,
F i g. 3 ein Diagramm zur Erläuterung der geometrischen Abbildverhältnisse,

F i g. 4 ein schematisches Schaltbild eines Ablenkverstärkers mit linearer Rückkopplung,

Fig.5 ein Blockschaltbild eines Ablenksystems mit Linearitätskorrektur,

Fig.6 ein Schaltbild eines Ablenkverstärkers mit spannungsabhängigen Widerstandsstufen unter Verwendung eines Metalloxid-Feldeffekttransistors und

F i g. 7 ein Blockschaltbild eines Ablenksystems.
Zunächst wird der Korrekturplan erläutert. Eine Korrekturschaltung zur Linearisierung soll in Abhängigkeit einer linearen Eingangsspannung für ein Ablenksystem eine lineare Ablenkung in einer Kathodenstrahlröhre liefern. In dem Blockschaltbild für das Ablenksystem nach F i g. 2 besitzt der Block G eine nichtlineare Übergangsfunktion in Abhängigkeit von einer Eingangsspannung A für einen Ablenkverstärker, der eine Ablenkspannung D für die Kathodenstrahlröhre liefert. Die Übergangsfunktion T stellt die Linearitätskorrektur-Übergangsfunktion dar, die eine Gesamtübergangsfunktion GT ergibt, so daß eine lineare Eingangsspannung feine lineare Ausgangsspannung D für die Kathodenstrahlröhre ergibt. Damit ein Verfahren zur Linearitätskorrektur abgeleitet werden kann, ist ein Verständnis der Größen erforderlich, die die Nichtlinearität in Kathodenstrahlröhren bedingen.

F i g. 3 ist ein Querschnitt einer Kathodenstrahlröhre mit dem realen Bildschirm 10 eines Radius Fund dem

idealen Bildschirm 12, dessen Radius 5 dem Ablenkradius gleich ist Die Beziehung zwischen dem Ablenkstrom /und dem Ablenkwinkel Φ lautet:

sm Φ = KI

0)

Der Ablenkstrom ist der Eingangsspannung nach Art einer linearen Verstärkeranordnung proportional, so daß er auch der Eingangsspannung A proportional ist:

sin Φ = K_xA (2)

Anhand der F i g. 3 gilt die folgende trigonometrische Beziehung:

sin Φ = ■

(3)

Die Gleichungen (2) und (3) ergeben:
^D K₁A,

C²= F² -D² + (F-S)²-2 (F-S) VF² -D² .

Die Übergangsfunktion läßt sich nunmehr durch bekannte Größen ausdrücken.

= K_x Vf² + (F-S)² - 2 (F-S) VF²-!)² (4)

G = Übergangsfunktion des Ablenksystems zwischen der Eingangsspannung und der Ablenkgröße,

Af₁ = Proportionalitätskonstante zwischen Ablenkwinkel und Eingangsspannung nach Gleichung (2),

F = Bildschirmradius,

5 = Idealer Bildschirmradius (Ablenkradius),

D = Ablenkgröße des Elektronenstrahls auf dem Bildschirm gemessen als Abstand des Bildpunktes vom Zentrum des Bildschirms.

Gleichung (4) kann durch Einführung der Konstanten N= F/S in eine übersichtlichere Form gebracht werden:

G = SK_x \>''(2N²-2N+ 1) -2 (N- 1) J/V-Y— Y.

(5)

Wenn der Bildschirmradius der Kathodenstrahlröhre und der Ablenkradius gleich sind (F= S) vereinfacht sich die Übergangsfunktion in eine lineare Funktion C= K\S. Im Allgemeinfall ist die Übergangsfunktion G nichtlinear und hängt von dem Wert der Ablenkgröße D bei einer bestimmten Kathodenstrahlröhre ab, wenn F und S Konstanten sind.

Wenn man die Übergangsfunktion C= K)S für den Idealfall betrachtet, läßt sich eine Gleichung für die relative Verzeichnung gewinnen:

Normalerweise steigt die Übergangsfunktion G mit zunehmendem D an. Hieraus folgt, daß jede Korrekturfunktion ein Dämpfungsverhalten haben muß.

Die Ableitung der Übergangsfunktion Γ wird anhand der F i g. 2 erleichtert, wo gilt:

und

"■τ

Dann gilt

GT=

HHi)-

mit D/A = G als Übergangsfunktion des Ablenksystems der Kathodenstrahlröhre. Aufgrund trigonometrischer Beziehungen gilt weiter:

Wenn GTden Idealfall erfüllt und somit linear ist, gilt

Aus Gleichung (7) erhält man

D = K₁E.

Die Übergangsfunktion T ist somit umgekehrt proportional zu G

Γ-

Gleichung (5) gibt G in Abhängigkeit von den Konstanten der Kathodenstrahlröhre und der Ablenkgröße Dan. Zweckmäßigerweise soll Gin Abhängigkeit von der normalerweise bekannten linearen Eingangsspannung £ ausgedrückt werden, was durch Substitution von K₂E= Din Gleichung (5) erfolgt. Dann läßt sich Tals eine Funktion der Eingangsspannung E und der Konstanten F und S (bzw. des Verhältnisses N=FZS) der Kathodenstrahlröhre ausdrücken.

%-M

2N²-2N+\-2(N- i) \/n²-(—} . (6) SK_x i/(2N² -2N+D-2 (N- 1) VN² - (K₁EZS?

Da die Form der Übergangsfunktion Γ bekannt ist, braucht man lediglich eine Schaltung zur Lösung der Gleichung (8) angeben. Diese Aufgabe erweist sich jedoch als schwierig.

Zur Durchführung einer linearen Korrektur ist

jedenfalls eine Dämpfung erforderlich. Dies erkennt man aus Gleichung (8), wonach mit ansteigender

Eingangsspannung E die Übergangsfunktion T abfällt.

Die Schaltung der F i g. 4 ist ein Ablenkverstärker mit linearer Rückkopplung, wenn Rv einen unendlichen Wen liat. Wenn jedoch der Wert von R_v'm bestimmter Weise durch die Eingangsspannung E beeinflußt wird, läßt sich eine Dämpfung erzielen. Die Form der Dämpfung wird möglicherweise eine lineare Korrektur liefern, so daß eilt GT= K-,.

Aus F i g. 4 ergibt die Dämpfung der Eingangsspannung feine Spannung A

R₁R₂

A_

E '

+R2R ν

Γ--

(9) das Verhältnis — = 1 im Anfangspunkt wählt (wo die

Ablenkgröße D und die Eingangsspannung E verschwinden) und im Endpunkt (wo die Ablenkgröße und die Eingangsspannung einen Maximalwert haben).

Die Abschätzung im Anfangspunkt ergibt: wenn die Eingangsspannung E verschwindet, tritt keine Dämpfung auf, und der Zähler der Gleichung (10) vereinfacht sich zu K₂ISK_x. Damit keine Dämpfung auftritt, muß Rv

ίο einen unendlichen Wert haben, wofür sich der Nenner der Gleichung (10) vereinfacht zu R₂I(R_x + R₂).

T
Da— als Ideal und gleich T angenommen ist, gilt:

Ri+R₂

Gleichung (9) stellt eine Übergangsfunktion T' dar, 15
die zunächst nicht die gewünschte Form der Gleichung
(8) für den Idealfall zu haben scheint. Durch eine Reihe
yon Abschätzungen von Konstanten und durch Es ist zu bemerken, daß der gewünschte Wert vonJ}_K

Umformungen läßt sich zeigen, daß die Gleichung (9) _{einen unendlichen} wert hat, wenn E verschwindet, ziemlich genau die gewünschte Funktion darstellt, wenn 20 _{Gleichung (10}) läßt sich mit der obigen Abschätzung Rvm bestimmter Weise geändert wird.

Eine Abschätzung des Verhältnisses 77T'ergibt:

vereinfachen zu:

K₂

\+R_xR₂I Ry(R_x+R₂)

T _ SK_x V(2N²-2N+D-2 (N- 1) V~N² - (K₂EZS)^{2 2S T} -2N+ 1-2(N- 1) VN²-

= •(11)

Abschätzung im Endpunkt: der Wert von E ist maximal und der Endwert von R_v läßt sich abschätzen,

Rv ,.„. indem man berücksichtigt — ■

1 und K₂ = -£-, alle

Die Konstanten lassen sich abschätzen, indem man anderen Größen sind Konstanten der Schaltung oder der Kathodenstrahlröhre:

RxR₂

+A₂) IV(2N²-2N+I)-2 (N-I)VN²-(12)

Wenn auch die beiden Abschätzungen einige Regeln für den veränderlichen Widerstand Rv erkennen lassen, ist zunächst nur der Anfangs· und der Endpunkt abgeschätzt

Wenn das Dämpfungsglied ein veränderlicher Widerstand ist, dessen Widerstandswert sich als inverse Funktion der Eingangsspannung ändert dann gilt

^V f (E)

Mit Kenntnis von f(E) läßt sich die Konstante K₃ aus der Gleichung (12) abschätzen. Ungünstigerweise ist die Funktion f(E) eine komplizierte Funktion. Deshalb erfolgen wieder praktische Abschätzungen. Man kann bestimmte Funktionen elektronisch erzeugen und damit durch iterative Verfahren eine Untersuchung für die zweckmäßige Form der Funktion f(E) durchführen. Die Funktion f(E) kann auf eine lineare Form, eine quadratische Form, eine kubische Form, eine vierte Ordnung oder eine /Me Ordnung beschränkt werden, also auf Kurven E, E¹, £³, E* und E". Für die Abschätzungen der Funktion F(E) wurde ein Digitalrechner zuhilfe genommen. Die Untersuchungen zeigen, daß eine Form f(E) = E¹ eine sehr enge Annäherung an die gewünschte Spannungsfunktion der Eingangsspannung für den veränderlichen Widerstand Rν ergibt Es ist also zu setzen

(13) mit E² als Steuerspannung und Kz entsprechend den Gleichungen (12) und (13).

Die quadratische Funktion E¹ als Steuerspannung für Rv ist sehr gebräuchlich. Die gesamte Analyse und Synthese der Linearitätskorrektur stützt sich auf eine Abschätzung der Ablenkgröße in Polarkoordinaten, wenn nur der radiale Abstand D betrachtet wird. Der Winkel in der X, y-Ebene des Ablenkfeldes gegenüber dem Mittelpunkt hat keinen Einfluß auf die Verzeichnung oder die Korrektur. Die meisten Systeme arbeiten jedoch mit kartesischen Koordinaten, wo X- und y-Werte angegeben sind. Zur Umwandlung der Eingangsspannungen in Polarkoordinaten muß folgende Gleichung gelöst werden:

55 Die notwendige Funktion ist also Et = X² + Y². Diese Funktion macht keine Wurzelbildung erforderlich und ist deshalb viel einfacher.

F i g. 5 zeigt ein Blockschaltbild einer Korrekturschaltung unter Anwendung einer quadratischen Funktion E² als Steuerspannung.

Die X- und Y-Eingangsspannungen der Leitungen 10 und 11 liegen an Absolutwertschaltungen 14 und 16 an, damit man die Größen \X\ und | Y] erhält Diese Signale beaufschlagen dann entsprechende Quadrierschaltungen 18 und 20 zur Bildung der Signale X² und Y². Die Ausgangsspannungen der Quadrierschaltungen 18 und 20 werden in einem Summierverstärker 22 summiert, so

daß man das Signal B erhält. Alle genannten Schallstufen haben einen herkömmlichen Aufbau und sind Jem Fachmann vertraut. Die Quadrierschaltungen können bspw. einen Doppel-Sperrschicht-Feldeffekttransistor haben; die Summierschaltung kann lediglich aus einem Widerstand bestehen, der an die Ableitungselektroden des Transistors geschaltet ist. Der Ausgang der Summierschaltung 22 liegt als Steuergröße an zwei spannungsgesteuerten Widerstandssufen 24 und 26 an, die die Eingangssignalspannungen Xund ^bedampfen, bevor dieselben zwei Ablenkverstärker 28 und 30 für die Ablenkspulen 32 und 34 einer kathodenstrahlröhre beaufschlagen.

Als spannungsabhängigen Widerstand kann man verschiedene Schaltungen vorsehen. Ein bevorzugte Ausführungsform ist ein Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor. Derselbe arbeitet als spannungsabhängiger Widerstand, wenn die Spannung zwischen Ableitungs- und Quellenelektrode unter ±500mV gehalten wird; dann ist die Beziehung der Steuerspannung Vgs zu dem Widerstand des Leitfähigkeitskanals oberhalb der Einschalt-Schwellenspannung umgekehrt proportional. Wenn also die Steuerspannung ansteigt, verringert sich der Widerstandswert des Leitfähigkeitskanals umgekehrt proportional da/u. Wenn man die Schwellenwertspannung als Konstante betrachtet gilt

m\lf(E)=P.

Demnach kann ein Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor als spannungsabhängige Widerstandsstufe 24 oder 26 in F i g. 5 benutzt werden. Dies ist in Einzelheiten in F i g. 6 gezeigt.

Die P-Ausgangsspannung des Summierverstärkers 22 liegt an Torelektroden 36, 38 von zwei Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren an, die den Widerstand Rv innerhalb des Ablenkverstärkers mit linearer Rückkopplung nach F i g. 4 einnehmen.

Zur Lieferung der Korrekturspannung kann man auch andere Schaltungen benutzen, bspw. Sperrschicht-Feldeffekttransistoren, lichtempfindliche Widerstände (wenn die Einstellgeschwindigkeit keine Rolle spielt), verschiedene lichtoptische Anordnungen usw. Jedoch haben diese Anordnungen eine Funktion F(E)ZE². Deshalb ist eine umfangreichere Schaltung erforderlich, die jedoch dem Fachmann ebenfalls geläufig ist. Das Blockschaltbild dieser Korrekturschaltung ist in F i g. 7 angegeben. Diese Schaltung entspricht derjenigen der F i g. 5, abgesehen davon, daß E¹ mit einem Faktor E"~² multipliziert wird, wo η die jeweilige Potenz von E ist. Andererseits kann auch die Quadratwurzel abgeleitet werden und das entsprechende Signal zur /j-ten Potenz erhoben werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Schaltung zur Linearitätskorrektur der X- und y-Ablenksignale für eine Kathodenstrahlröhre mit magnetischer Ablenkung, bei welcher die eingegebenen X- und y-Signale über spannungsgesteuerte Dämpfungskreise den Horizontal- und Vertikal-Ablenkverstärkern zugeführt werden, die mit den Horizontal- und Vertikal-A blenkwicklungen des Joches der Kathodenstrahlröhre gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die spannungsgestcuerten Dämpfungskreise (24, 26) als Widerstandsnetzwerke (R_u R₂, Rv) ausgebildet sind, deren Dämpfung sich umgekehrt proportional zur Steuerspannung (B) ändert, und daß an die Signaleingänge (X, Y) eine Analogschaltung (14,16, 18, 20, 22) angeschaltet ist, welche die Steuerspannung (B) für beide Widerstandsnetzwerke (Ru A₂, Rv) aus den Ablenksignalen (X, Y) nach der parabolischen Funktion B¹ erzeugt, in welcher EdXe geometrische Summe