DE2217208A1 - Verstaerker fuer steuer- und regelkreise - Google Patents
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Description
VDO TACHOMETER WERKE * 6 FRANKFURT/MAIN 90
ADOLF SCHINDLING GMBH GRÄFSTRASSE 103
Die Erfindung bezieht sich auf einen Verstärker für Steuer-
und Regelkreise mit einer induktiven Last, insbesondere auf einen Ablenkverstärker für magnetische abgelenkte Kathodenstrahlröhren,
mit mindestens zwei von dem zu verstärkenden Signal angesteuerten Transistorteilstufen, die parallel oder
in Reihe geschaltet sind und an deren Ausgang die induktive Last angeschlossen ist.
Bei magnetisch abgelenkten Kathodenstrahlröhren, die zur Datenanzeige mit freier x-y-Positionierung des Strahles
oder zur gleichzeitigen Darstellung von Fernsehbildern und Daten mit freier x-y-Positionierung des Strahles während des
Bildrücksprungs herangezogen werden, muß mit hohen Spannungen an den Ablenkspulen gearbeitet werden, wenn große Sprunggeschwindigkeiten
des Strahles zwischen den einzelnen Datenzeichen oder für den Zeilenrücksprung gefordert werden. Ähnliches
gilt für Servosysteme, wo beispielsweise ein Motor, der im allgemeinen eine hohe Ankerinduktivität hat, schnell auf eine
bestimmte Endgeschwindigkeit oder in eine bestimmte Position gebracht werden soll und dementsprechend für einen kurzen Zeitraum eine hohe Ankerspannung benötigt wird.
Die bekannten,für derartige und andere Anwendungsgebiete in
der Steuer- und Regelungstechnik ausgelegten Verstärker bestehen im allgemeinen aus zwei in Gegentakt arbeitenden Verstärkerstufen,
deren Speisespannung für die hohe Sprunggeschwindigkeit des Kathodenstrahles während seines Rücksprungs bzw. für die große
Beschleunigung eines Servomotors ausgelegt ist. Infolgedessen liegt während des Rücksprungs oder des Beschleunigungsvorganges
die Speisespannung in nahezu voller Höhe an der Ablenkspule bzw. am Anker, während beim Zeilenschreiben mehr als dreiviertel
-Z-
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oder beim normalen Lauf des Servomotors ein sehr großer Teil der Speisespannung an dem verstärkenden Bauelement,
im allgemeinen ein Transistor, abfällt, das dadurch mit einer erheblichen Verlustleistung belastet wird. Da diese Verlustleistung, die zudem während der gesamten Betriebszeit bis
auf kurze Unterbrechungen, die bei dem Kathodenstrahldisplay
ungefähr 2O$6 der Gesamtbetriebszeit ausmachen, entsteht, in den
seltensten Fällen von einem einzigen Transistor aufgenommen werden kann, werden im allgemeinen für Jede Verstärkerstufe
mehrere in Reihe oder parallel geschaltete, einen oder mehrere Transistoren enthaltende Transistorteilstufen und
zusätzliche Maßnahmen zur Abführung der entstehenden Joule'sehen Wärme vorgesehen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Verstärker für Steuer- und Regelkreise zu schaffen, der eine möglichst geringe
Verlustleistung besitzt. Diese Aufgabe wir ausgehend von dem eingangs beschriebenen Verstärker erfindungsgemäß dadurch
gelöst, daß zur Speisung der Transistorteilstufen unterschiedlich hohe Speisespannungen und Mittel zum Wirksam- und Unwirksamschalten eines Teils der Speisespannungen oder der Transistorteilstufen in Abhängigkeit von der Änderungsgeschwindigkeit des
zu verstärkenden Signals vorgesehen sind.
Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß die Verlustleistung auf ungefähr ein Viertel der bei den bekannten Verstärkern
entstehenden Verlustleistung abgesenkt wird. Da bei den bekannten Verstärkern für Kathodenstrahlanzeigen, die die
Aufzeichnungen von Fernsehbildern und ''Daten erlauben und eine Anodenspannung von20 kV benötigen, ungefähr AOO W Verlustleistung entstehen, wird infolgedessen die Verlustleistung
durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen um 300 W vermindert.
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Die Folge ist, daß bei nur geringfügig größerem Schaltungsaufwand die Einrichtungen zur Abführung der Joule'sehen
Wärme gegenüber den bekannten Verstärkern erheblich vereinfacht werden können. So kann auf Lüfter und große,
platzbeanspruchende Kühlkörper verzichtet werden, was sich nicht nur günstig auf das Bauvolumen der Verstärker auswirkt
sondern auch die Kosten des etwas größeren Schaltungsaufwandes mehr als kompensiert. Hinzu kommt, daß Transistoren mit
kleiner zulässiger Verlustleistung billiger sind als hochbelastbare Transistoren, so daß sich alles in allem neben
der geringen entstehenden Verlustleistung der Vorteil nicht unwesentlich geringerer Herstellungskosten ergibt.
In einer bevorzugten Ausführungsform, bei der in Reihe geschaltete Transistorteilstufen vorgesehen sind, ist einer
ersten Transistorteilstufe eine erste Speisespannung und der ersten und zweiten Transistorteilstufe eine zweite, im
Vergleich zur ersten größere Speisespannung zugeordnet und sind Mittel vorgesehen, um bei überschreiten einer bestimmten
vorgegebenen Änderungsgeschwindigkeit des zu verstärkenden Signals die erste Speisespannung unwirksam und die zweite
wirksam und bei Unterschreiten der vorgegebenen'Änderungsgeschwindigkeit die erste wirksam und die zweite unwirksam
zu schalten.
Das Wirksam- bzw. Unwirksamschalten der Speisespannungen oder Transistorteilstufen kann bei* einem solchen Verstärker
auf verschiedene Art und Weise geschehen. In einer bsonders vorteilhaften AusfUhrungsform ist dem mit dem Emitteranschluß
der zweiten Transistorteilstufe mittelbar oder unmittelbar verbundenen Kollektoranschluß der ersten Transistorteilstufe
die erste Speisespannung über eine Diode und dem Kollektoranschluß der zweiten Transistorteilstufe unmittelbar die
zweite Speisespannung zugeführt und sind die Basisanschlüsse
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beider Transietorteilstufen über eine Konstantspannungsqutlle miteinander und der Basisanschluß der ersten
Transistorteilstufe über eine weitere Konstantspannungsquelle mit der Eingangsklemme des Verstärkers verbunden.
Anstelle der Beschaltung der Transistorteilstufen mit Konstantspannungsquellen kann auch der Basisanschluß der
ersten Transistorteilstufe unmittelbar und der der zveLten Transistorteilstufe über eine Komparator mit der Eingangsquelle des Verstärkers verbunden sein, wobei das der
Eingangsklemme zugeführte, zu verstärkende Signal im Komparator mit einer Referenzspannung verglichen und der
Komparator, wenn das zu verstärkende Signal größer als die Referenzspannung wird, ein Steuersignal an die zweite
Transistorteilstufe gibt, die die zweite Speisespannung wirksam und die erste unwirksam schaltet.
Besteht der Verstärker aus zwei im Gegentakt arbeitenden Stufen, was meist der Fall sein wird, enthält jede Stufe
mindestens zwei Transistorteilstufen mit den ihnen zugeordneten Speisespannungen» Die Zahl der Transistorteilstufen
hängt im wesentlichen von ihrer Belastbarkeit ab und ist nach oben hin frei wählbar.
Die Erfindung sei anhand der Zeichnung, die Ausführungsbeispiele enthält, näher erläutert. Es zeigen
Fig.1 ein Schaltbild eines Gegentaktablenkverstärkers
für Kathodenstrahlröhren und
Fig.2 ein Schaltbild einer Stufe eines weiteren Gegentaktablenkverstärkers.
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Der Gegentaktablenkverstärker umfaßt zwei Stufen 1 und 2,
von denen Jeweils eine Stufe zwei Transistorteilstufen 3 und 4 bzw. 5 und 6 enthält. Jede der beiden Transistorteilstufen
3 und 4 besteht aus zwei npn-Transistoren 7 und 8, jede der beiden Transistorteilstufen 5 und 6 aus zwei pnp-Transistoren
9 und 10. Die EmitteranschlUsse der beiden Transistorteilstufen 3 und 5 sind jeweils über einen Widerstand 11
bzw. 12 an die eine Klemme der Ablenkspule 13 angeschlossen, deren andere Klemme auf Nullpotential liegt. Die Basisanschlüsse
der beiden Transistorteilstufen 3 und 5 sind jeweils über einen Vorwiderstand 14 bzw. 15 und eine Konstantspannungsquelle
16 bzw* 17 mit der Eingangsklemme 18 des Verstärkers verbunden. Die Kollektoranschlüsse der Transistorteilstufen 3
und 5 stehen einerseits mit den Emitteranschltissen der Transistorteilstufen 4 und 6 und andererseits über die
Dioden 19 und 20 mit der positiven bzw. negativen ersten Speisespannung U\. in Verbindung. Die Transistorteilstufen 4
und 6 sind mit ihren Basisanschlüssen über jeweils eine Schutzdiode 21 bzw. 22 an eine Konstantspannungsquelle 23 bzw.
24, die mit dem Vorwiderstand 14 bzw. 15 der Transistorteilstuf
en 3 und 5 verbunden ist, und einem Widerstand 25 bzw. 26, der an der zweiten positiven bzw. negativen Speisespannung U2
liegt, angeschlossen. Des weiteren liegen an der Speisespannung U2 die Kollektoranschlüsse der Transistorteilstufen 4
und 6.
Im Ruhezustand des Verstärkers fällt an den beiden Transistorteilstufen
3 und 5 jeweils nur die um die Schleusenspannung der Dioden 19 bzw. 20 verminderte erste Speisespannung U1 ab,
während an den Transistorteilstufen 4 und 6 jeweils die um die Schleusenspannung der Dioden 19 und 20 erhöhte Spannungsdifferenz
der beiden Speisespannungen U. und U2 liegt. Die
Speisespannung U1 ist so auegelegt, daß sie geringfügig größer
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ale die Summe aus der zum Aufzeichnen mit normaler Geschwindig*
keit erforderlichen Steuerspannung an der Ablenkspule, der Durchlaßspannung an den Dioden 19 bzw. 20, des Spannungsabfalls an den Transistorteilstufen 3 und 5 und des
Spannungsabfalls an den Widerständen 11 bzw. 12 ist. Zudem ist die Summe der von den Konstantspannungsquellen 16 und
gelieferten Spannungen und die der von den Konstantspannungsquellen 17 und 24 gelieferten Spannungen wesentlich kleiner
als die Speisespannung U^. Es sei darauf hingewiesen, daß
anstelle der Konstantspannungsquellen auch Widerstände und Konstantstromquellen verwendet werden können.
Während des Aufzeichnens mit normaler Schreibgeschwindigkeit sind lediglich die Transistorteilstufen 3 und 5 mit der ihnen
zugeordneten Speisespannung U^ wirksam und die Transistorteilstufen 4 und 6 befinden sich in ihrem Sperrzustand. Infolgedessen wird die Verlustleistung beim Aufzeichnen mit normaler
Schreibgeschwindigkeit durch den an den Transistorteilstufen und 5 auftretenden Spannungsabfall, den Spannungsabfall an den
in DurchlaßrRichtung betriebenen Dioden 19 und 20 und den
Spannungsabfall an den Widerständen 11 und 12 sowie durch
den durch diese Bauelemente fließenden Strom bestimmt. Die entstehende Verlustleistung ist daher wesentlich geringer als
die in den bekannten Verstärkern auftretende Verlustleistung, die sich aus ungefähr 0,8 U« und dem Strom durch die Ablenkspule 13 ergeben würde.
Erhöht sich der Betrag der Spannung an der Eingangsklemme des Verstärkers, werden die Transistorteilstufen 3 und 5
aufgesteuert. Sobald der Betrag der Eingangsspannung einen
Wert erreicht hat, der gleich dem Betrag der zweiten Speisespannung Up abzüglich des Spannungsabfalls an der Diode 19
bzw. 20 und dem Betrag der Spannung der Konstantspannungsquelle 16 bzw. 17 ist, liegt der mit dem Vorwiderstand 14
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bzw. 15 versehene Basisanschluß der Transistorteilstufe 3 bzw. 5 auf dem gleichen Potential wie der Kollektoranschluß
der gleichen Transistorteilstufe. Dies hat zur Folge, daß das Potential am Basisanschluß der Transistorteilstufe 4 bzw.
wesentlich größer ist als das am Emitteranschluß derselben Transistorstufe und Basisstrom über die Schutzdiode 21
bzw. 22 fließen kann. Die Transistorteilstufen 3 und 5 werden daher aufgesteuert. Erhöht sich der Betrag der Spannung an
der Eingangsklemme 18 weiter, werden die Transistorteilstufen und 5 weiter aufgesteuert, wodurch das Potential an den Emitteranschltissen soweit hochgezogen wird, daß die Diode 19 bzw.
gesperrt wird und der vorher von der ersten Speisespannungsquelle über die Diode 19 bzw. 20 gelieferte Ausgangsstrom
nunmehr von der zweiten Speisespannungsquelle über die Transistorteilstufe 4 bzw. 6 bezogen wird. In diesem Zustand
ist die Transistorteilstufe 3 bzw. 5 nahezu vollständig durchgesteuert.
Die in Fig.2 dargestellte Stufe eines Gegentaktablenkverstärkere umfaßt zwei Transistorteilstufen 27 und 28, von
denen Jede aus einem npn-Transistor 29 und 30 besteht. Der
Kollektor des Transistors 29 liegt an der zweiten Speisespannung und der des Transistors 30 über eine Diode 33 an der ersten
Speisespannungsquelle U1 und an dem Emitter, des Transistors
Die Ansteuerung der Transistorteilstufen 27 und 28 erfolgt bezüglich der Teilstufe 27 unmittelbar und bezüglich der
Teilstufe 28 mittelbar über einen Komparator 34 durch das zu verstärkende Signal. Dem Komparator 34 wird über die Leitung
eine Referenzspannung U^ zugeführt, deren Betrag ungefähr gleich
dem Betrag der ersten Speisespannung ist. Während des.Aufzeichnens mit normaler Schreibgeschwindigkeit führt der Transistor 30 Strom von U^. Bei Erhöhung des Betrages der Eingangsspannung wird über den Komparator 34 der Transistor
durchgesteuert. Durch die sich dadurch einstellende Erhöhung
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des Emitterpotentials des Transistors 29 wird die Diode gesperrt, so daß die Ablenkspule 13, die vorher an der
Speisespannung U1 lag, nunmehr an der Speisespannung U«
liegt.
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Claims (3)
1./ Verstärker für Steuer- und Regelkreise mit einer induktiven Last, insbesondere Ablenkverstärker
für magnetisch abgelenkte Kathodenstrahlröhren, mit mindestens zwei von dem zu verstärkenden
Signal angesteuerten Transistorteilstufen, die parallel oder in Reihe geschaltet sind und an deren
Ausgang die induktive Last angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet» daß zur Speisung der
Transistorteilstufen (3,4,5*27,28), unterschiedlich hohe Speisespannungen (U1,U2) und Mittel (16,17,19,2O9
23,24,33,34) zum Wirksam- und Unwirksamschalten eines Teils der Speisespannungen (U1,U2) oder der Transistorteilstufen
(3,4,5,6,27,28) in Abhängigkeit von der Änderungsgeschwindigkeit des zu verstärkenden Signals
vorgesehen sind.
2./ Verstärker nach Anspruch 1 mit in Reihe geschalteten Transistorteilstufen , dadurch gekennzeichnet» daß
einer ersten Transistorteilstufe (3,5,27) eine erste Speisespannung (U^) und der ersten und einer zweiten
Transistorteilstufe (4,6,28) eine zweite, gegenüber der
ersten größere Speisespannung (U«) zugeordnet ist und Mittel (16,17,19,20,23,24,33,34) vorgesehen sind, um
bei Überschreiten einer bestimmten vorgegebenen Änderungsgeschwindigkeit des zu verstärkenden Signals
die erste Speisespannung (U*) unwirksam und die zweit©
wirksam und bei Unterschreiten der vorgegebenen Ändemsags«
geschwindigkeit die erste wirksam und die zweite unwirksam zu schalten»
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3./ Verstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß dem mit dem Emitteranschluß der zweiten Transistorteilstufe (4,6) mittelbar oder unmittelbar
verbundenen Kollektoranschluß der ersten Transistorteilstufe (3,5) die Speisespannung (IL) über eine
Diode (19,20) und dem Kollektoranschluß der zweiten Transistorteilstufe (4,6) unmittelbar die zweite
Speisespannung (U2) zugeführt ist und die Basisanschlüsse
beider Transistorteilstufen (3,4,5,6) über eine Konstantspannungsquelle (23,24) miteinander und
der Basisanschluß der ersten Transistorteilstufe (3,5) über eine weitere Konstantspannungsquelle (16,17)
mit der Eingangsquelle (18) des Verstärkers verbunden sind.
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