DE2246124B2 - Magnetisches Ablenksystem für eine Kathodenstrahlröhre - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein magnetisches Ablenksystem für eine im Bereich des Halses und des Trichters mit einer Abschirmung versehene Kathodenstrahlröhre, mit einem den Hals umgebenden und innerhalb der Abschirmung angeordneten Magnetkern mit zylindrischer Außenfläche, dir an der Innenfläche eine Vielzahl von Zähnen aufweist, mit auf dem Magnetkern angeordneten Ablenkspulen, die in zwei verschiedenen Richtungen Magnetfelder erzeugen und jeweils mehrere, die Zähne umgebende Wicklungen umfassen, und mit zu wenigstens einigen der Wicklungen parallelgeschalteten Widerständen zur Bedämpfung dieser Wicklungen.

Ein solches magnetisches Ablenksystem ist aus der US-PS 22 28 821 bekannt. Bei dem bekannten Ablenksystem sind die Widerstände proportional zu den Induktivitäten der Wicklungen gewählt und so bemessen, daß durch schnelle Übergänge ausgelöste Schwingungen wenigstens erheblich reduziert werden.

Die US-PS 22 28 821 stammt aus dem Jahre 1938. Zu jener Zeit waren die Schreibgeschwindigkeiten von Kathodenstrahlröhren im Verhältnis zu heute außerordentlich gering. Die Steigerung der Schreibgeschwindigkeit dürfte mindestens zwei Größenordnungen betragen. Dementsprechend sind die Schwierigkeiten, die sich aus dem Schwingverhalten und den Zeitkonstanten der Ablenksysteme ergeben, bedeutend gestiegen. Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das bekannte Ablenksystem derart auszugestalten, daß es auch den Forderungen hinsichtlich der hohen Arbeitsgeschwindigkeit und zugleich auch einer hohen Arbeitsgenauigkeit genügt, wie sie heute gestellt werden. Weiterhin soll das Ablenksystem eine günstige Im-Dedanzcharakteristik haben.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die folgenden Merkmale gelöst:

1. Die Widerstände sind für jede einzelne Wicklung derart bemessen, daß sie in Verbindung mit der jeder Wicklung zugeordneten Streukapazität eine kritische Dämpfung bewirken;

2. der Magnetkern besteht aus einem ferrimagnetischen Material;

3. die zur Achse der Kathodenstrahlröhre parallelen Kanten der Zähne des Magnetkernes weisen eine Abrundung auf;

4. die Enden des Magnetkernes sind von Abschirmringen aus einem Werkstoff mit niedrigem magnetischem Widerstand umgeben.

Das erfindungsgemäße Ablenksystem hat infolge der Kernausbildung mit abgerundeten Kanten, der Verwendung eines ferrimagnetischen Kernmaterials, der kritischen Dämpfung der einzelnen Spulenwicklungen und der an den Enden des Magnetkerns angebrachten Abschirmringe eine extrem kleine Zeitkonstante. Dabei wirken alle diese Merkmale zusammen, um ein sehr schnell arbeitendes Ablenksystem zu schaffen. Darüber hinaus wird durch die kritische Dämpfung ein sehr giaiter Impedanzverlauf, nämlich eine monotone Abnahme der Impedanz erzielt, so daß ein Verstärker in der Lage ist. ohne Schwingungen ein zuverlässiges Ablenksignal zu liefern, ohne daß im Verstärker umfangreiche Schaltungsanordnungen benötigt würden, um zu verhindern, daß der Treiberverstärker durch Impedanzschwankungen -u Schwingungen angeregt wird.

Die Anwendung eines Magnetkernes aus Ferrit für die Ablenksysteme von Kathodenstrahlröhren ist zwar aus der DT-PS 9 75 304 an sich bekannt Die DT-PS 9 75 304 befaßt sich jedoch mit dem Ersatz von Dämpfungswiderständen für die Wicklungen durch vom Zeilenablenkstrom nicht durchflossen, kurz- oder über einen Kondensator geschlossene Hilfswicklungen. Mit diesen Hilfswicklungen lassen sich jedoch nicht die durch die Erfindung erzielten Ergebnisse hinsichtlich der hohen Arbeitsgeschwindigkeit, der hohen Arbeitsgenauigkeit und der günstigen Impedanzcharakteristik erzielen.

Aus der US-PS 34 30 169 ist es ferner bekannt, an den Enden des Ablenksystems Abschirmringe anzubringen, die den Zweck haben, Verzerrungen der Strahlablenkung durch Streufelder zu verhindern. Im Gegensatz dazu dienen die nach der Erfindung an den Enden des Magnetkerns angebrachten Abschirmringe dazu, das Entstehen von Wirbelströmen in der magnetischen Abschirmung zu verhindern und dadurch die Zeitkonstante des Ablenksystems zu reduzieren.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles nähei beschrieben und erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Katho denstrahlröhre mit einem magnetischen Ablenksystem,

F i g. 2 eine perspektivische Darstellung eines magnetischen Ablenksystems mit in Axialrichtung ausein andergezogenen Teilen,

F i g. 3 eine perspektivische Darstellung des Ablenk systems nach F i g. 2 in montiertem Zustand, jedoch mii teilweise entferntem oberen Abschirmring,

F i g. 4 einen Teilabschnitt des ferrimagnetischer Kerns des Ablenksystems nach den F i g. 2 und 3 in Sei tenansicht und vergrößertem Maßstab,

F i g. 5 ein Diagramm der Impedanz-Frequenz-Cha rakteristik des Ablenksystems zur Erläuterung der kri tischen Dämpfung,

Fig-6 eine schematisch dargestellt Abwicklung des Ablenksystems,

F i g. 7 das ErsatzschaltbÜd einer Serienschaltung der in Fig.6 dargestellten Wicklungen zur Erzeugung einer kritischen Dämpfung und

Fig.8 das ErsatzschaltbÜd einer Parallelschaltung der in F j g. 6 dargestellten Wicklungen. "

Die in F i g. 1 dargestellte Anordnung umfaßt ein Ablenksystem 10, das auf dem Hals 14 einer Kathodenstrahlröhre 12 nahe dem Trichter 16 angeordnet ist und dazu dient, die Stellung eines durch eine gestrichelte Linie angedeuteten Elektronenstrahls 24, der uuf den Bildschirm 18 auftrifft, zu steuern. Der Hals 14 und der Trichter ?£ der Kathodenstrahlröhre ist von einer Abschirmung 20 umgeben, die dazu dient, den Elektronenstrahl gegen die Wirkung äußerer Felder zu schützen. Der Elektronenstrahl 24 wird in bekannter Weise von einem Elektronenstrahlerzeuger 22 emittiert und von dem Ablenksystem 10 in Abhängigkeit von Spannungen, die von einer Signalquelle 23 geliefert werden, abgelenkt, um Symbole und andere Daten, wie beispielsweise taktische Daten, auf den Bildschi-tn 18 zu schreiben. Das Ablenksystem 10 umfaßt einen Kern 26 aus einem ferrimagnetischen Material, insbesondere einem Ferrit. e^;nen Abschirmring 28, der an einem Ende des Kernes 26 angeordnet ist und eine schalenförmige Gestalt haben kann, und einen zweiten Abschirmring 30, der an dem dem Trichter 16 der Kathodenstrahlröhre zugewandten Ende des Kernes angeordnet und ringförmig ausgebildet ist Die Abschirmringe 28 und 30 bilden Wege für die durch die Linien 32 und 34 angegebenen Streufelder, die einen geringen magnetischen Widerstand haben und nur wenig Wirbelströme verursachen, und verhindern, daß die Wege des von den Spulen des Ablenksystems ausgehenden Kraftlinien durch benachbarte Bauteile verlaufen, wie beispielsweise die Abschirmung 20 der Kathodenstrahlröhre, und dadurch die Arbeitsgeschwindigkeit vermindern. Die Abschirmringe 28 und 30 sind so ausgebildet, daß sie die Streufelder im wesentlichen daran hindern, benachbarte Struktüren zu durchdringen, ohne jedoch wegen ihrer zentralen öffnungen die inneren Flußlinien, wie die Linien 33 und 35, zu beeinflussen, deren Weg nicht durch die Abschirmung 20 verläuft.

Wie aus den F i g. 2 und 3 ersichtlich, hat der Ferritkern 26 des Ablenksystems 10 eine zylindrische Außenfläche, jedoch im Inneren langgestreckte Zähne, wie die Zähne 38 und 40, zwischen denen siel Schlitze 42 für die Wicklungen der Spulen befinden. Ir den Schlitzen 42 sind Spulen 44 und 45 angeordnet, welche die Ablenkung in Richtung der X- bzw. V-Achse bewirken. Mit den Spulen sind Widerstände, wie beispielsweise der Widerstand 25, gekoppelt und in der dargestellten Weise angeordnet. Der eine Abschirmring 28, von dem in F i g. 3 nur ein Bruchteil dargestellt ist, ist auf dem in F i g. 3 oberen Ende des Kernes 26 angeordnet und erstreckt sich bis in die zentrale öffnung 41. Der Abschirmring 28 hat dabei eine etwa napfförmige Gestalt. Der am anderen Ende des Kernes 26 angeordnete Abschirmring 30 hat eine ringförmige Gestalt und umgibt den Rand des Kernes 26, so daß er nicht mit dem Trichter 14 der Kathodenstrahlröhre in Berührung kommt. Aus der öffnung des Abschirmringes 28 ragen geeignete Leitungen 37, 39, 46 und 49 heraus. Das Ablenksystem kann in nicht näher dargestellter Weise mit einer geeigneten Vergußmasse bedeckt oder in eine solche Masse eingebettet sein.
Wie aus F i g. 3 weiter ersichtlich, kann der Abschirmring 28 am Rand seines zylindrischen Teiles einen Ausschnitt 73 zur Herausführung der Leitungen 46 und 49 aufweisen. Beide Abschirmringe 28 und 30 bestehen aus einem Material mit einem niedrigen magnetischen Widerstand und mit gsringen Wirbelstromverlusten, wie beispielsweise einem Ferrit, der der gleiche sein kann, wie er für den Kern 26 verwendet worden ist Die X- und V-AbleiJcspulen 44 und 45 haben bei dem dargestellten Ausfühningsbeispiel jeweils acht Wicklungen.

F i g. 4 zeigt die Zahnung des Ferritkernes 26 in vergrößertem Maßstab. Um den Restfluß auf einen annehmbaren Wert abzusenken, sind die an den Zähnen vorhandenen Kanten im Inneren des Ferritkernes mit einem vorbestimmten Radius versehen. Der Radius an den Ecken 53 und 58 ist eine Funktion der maximalen Feldstärke im Hals der Kathodenstrahlröhre im Bereich des Ablenksystems und ist indirekt durch die Größe der Kathodenstrahlröhre, die Schirmspannung der Kathodenstrahlröhre und den Ablenkwinkel bestimmt. Es wurde festgestellt, daß mit einem Ablenksystem nach der Erfindung ein Restfluß von weniger als 0,05% erzielt werden kann, indem alle Kanten, welche die Zähne innerhalb des Ferritkernes aufweisen, wie beispielsweise die Ecke 53, auf einen bestimmten Radius abgerundet werden, der experimentell an Hand der B-H-Charakteristik oder der Zusammenhänge zwischen remanenter Magnetisierung und Koerzitivkraft der Hysteresiskurve bestimmt wird. Die Feldstärke an den Ecken, wie der Ecke 53, kann etwa das fünffache der Feldstärke an der ebenen Fläche 51 betragen, was zu einer Hysteresiskurve führt, deren remanente Magnetisierung bedeutend größer ist als für die restliche Flußdichte. Beispielsweise kann die Stellung eines Symbols oder Punktes auf dem Bildschirm nahe dessen Zentrum gemessen und dann der Strahl an den rechten Rand des Bildschirmes ausgelenkt werden, indem der Magnetfluß auf ein Maximum gebracht wird. Danach wird der Strahl durch Anwenden eines maximalen Magnetfeldes, jedoch von entgegengesetzter Polarität, an den linken Rand des Bildschirmes ausgelenkt, wonach das gleiche Symbol mit den ursprünglich verwendeten Steuerspannungen geschrieben wird. Es wird dann der Abstand zwischen den beiden Symbolen auf dem Bildschirm gemessen. Dieser Abstand steht dann in einer linearen Beziehung zu der remanenten Magnetisierung, da das Symbol zu dem angenommenen Nullpunkt sowohl mit positivem als auch mit negativem Fluß geschrieben worden ist.

An Hand F i g. 5 soll nun die Dämpfung der Spulen näher erläutert werden. Es hat sich gezeigt, daß Ferrite eine um ein bis zwei Größenordnungen geringere Dämpfung der elektrischen Kreise des magnetischen Ablenksystems bewirken als beispielsweise Nickel-Eisen-Bleche. Infolgedessen kann nicht länger angenommen werden, daß das elektrische ErsatzschaltbÜd der Spulen ein einfacher ÄLC-Parallekreis ist. Die Kurve 60 in F i g. 5 zeigt die Abhängigkeit der Impedanz einer Ferritkernanordnung ohne die Anwendung von Dämpfungswiderständen in Abhängigkeit von der Frequenz. Es ist zu beachten, daß der Spitzenwert der Impedanz der Kurve 60 relativ hoch ist und durch eine Resonanzbedingung oder eine Resonanznähe hervorgerufen ist und daß bei höheren Frequenzen weitere natürliche Schwankungen auftreten, die ein unerwünschtes Ansteuerverhalten der Spulen zur Folge haben. Die Kurve 62 zeigt die Frequenzabhängigkeit der Impedanz eines Ablenksystems nach der Erfindung, bei

dem für jede einzelne Wicklung ein Widerstand vorhanden ist, um die entsprechende ÄLC-Kombination kritisch zu dämpfen. Die Kurve 62 ist sowohl für serienals auch parallelgeschaltete Wicklungen charakteristisch.

F i g. 6 zeigt eine Abwicklung der Zähne des Kernes 26 in Verbindung mit den Wicklungen, die ausschließlich zu der Ablenkspule 44 für die X-Achse gehören. Jedem der Statorzähne 38, 40 usw. wurde eine der Nummern 1 bis 16 zugeteilt und es ist die Anordnung so getroffen, daß sich die beiden Zähne 4 und 12 des Kernes parallel zu der Ablenkachse erstrecken, bei der es sich für die dargestellte Spule um die X-Achse handelt. Die Zähne 8 und 16 werden für die X-Spule nicht benötigt, jedoch für die V-Spule. Diese andere oder y-Spule ist in bezug auf die Zähne um 90° verschoben, so daß die Zähne 8 und 16 in der Mitte der beiden Wicklungsabschnitte liegen, um eine magnetische Ablenkung in der V-Richtung zu bewirken. Der erste Abschnitt 66 der X-Spule 44 umfaßt Wicklungen 70.72, 74 und 76, von denen die erste vier Windungen, die zweite vier Windungen, die dritte zwei Windungen und die vierte eine Windung aufweist Der Abschnitt 68 der Ablenkspule, der sich an der entgegengesetzten Seite des Kernes befindet, umfaßt die Wicklungen 80 mit vier Windungen, die Wicklung 82 mit ebenfalls vier Windungen, die Wicklung 84 mit zwei Windungen und die Wicklung 86 mit einer Windung. Die in F i g. 6 wiedergegebene Anordnung der Wicklungen ist für eine Serienschaltung der Wicklungen bestimmt. Bei einer Parallelschaltung der Wicklungen sind die Leitungen 46 und 87 miteinander verbunden, um eine nach außen führende Leitung zu bilden, und es sind auch die Leitungen 49 und 85 zu einer zweiten, nach außen führenden Leitung verbunden. Dagegen ist dann die Verbindung 89 zwischen den Leitungen 85 und 87 nicht vorhanden.

Wie in F i g. 7 dargestellt, bilden die Wicklungen 70, 72,74, 76,80,82,84 und 86 die entsprechenden Induktivitäten Li bis La und Lv bis La: Außerdem weist jede Wicklung eine Streukapazität auf, die der entsprechen den Induktivität parallel geschaltet ist, wie es durch die Kapazitäten Ct bis Ca und Cv bis Cv in F i g. 7 angedeutet ist. Es sind weiterhin Widerstände R\ bis Ra und /ft bis Ra vorgesehen, die so ausgewählt sind, daß sie eine kritische Dämpfung bewirken. Diese Widerstände werden dann in Windungen der Wicklung parallel geschaltet wie es F i g. 6 zeigt und so angeordnet wie es an Hand des Widerstandes 25 in den F i g. 2 und 3 veranschaulicht ist Durch eine kritische Dämpfung jeder Wicklung wird im wesentlichen die gewünschte Impedanz-Frequenz-Charakteristik erzielt wie sie durch die Kurve 62 in F i g. 5 wiedergegeben wird. Die Zuleitungen zu dem Ablenksystem haben auch eine parallel zur Gesamtspule liegende Streukapazität 90 und eine in Serie air Spule liegende Induktivität 92 zur Folge. Daher werden, um die Abhängigkeit der Impedanz des Ablenksystems von der Frequenz so einzustellen, daß die elektrische Ersatzschaltung des Ablenksystems die gewünschten Dämpfungswerte bei einer minimalen Verminderung der Ablenkempfindlichkeit erzielt wird, die Widerstände so berechnet, daß sie jede einzelne Wicklung kritisch bedampfen.

F i g. 8 veranschaulicht die Ersatzschaltung bei parallelgeschalteten Wicklungen, die benutzt werden können, um beispielsweise genügend Windungen für eine

ίο Windungsverteilung zu erhalten, wenn die Spule eine geringe Induktivität aufweisen soll. Die Induktivitäten des Ersatzschaltbildes nach F i g. 8 entsprechen den entsprechend bezifferten Wicklungen der Schaltungsanordnung nach F i g. 6, welche die gleiche Ziffer ohne den Buchstaben a aufweisen. Demnach entsprechen die Induktivitäten 70a und 80a den Wicklungen 70 bzw. 80. Ebenso entsprechen die Widerstände, wie Ä11 und Rw, den Widerständen wie R\ und Rv der Schaltungsanordnung nach F i g. 6. Bei parallelen Wicklungen kann jede Gruppe von Wicklungen Ln bis Li 4 zu der anderen Gruppe von Wicklungen Lw bis Lu parallel geschaltet sein. Es versteht sich, daß die Erfindung auch bei einem Ersatzschaltbild nach F i g. 8 anwendbar ist und daß bei parallelgeschalteten Wicklungen ebenfalls jeder Widerstand für jede einzelne Wicklung so ausgewählt ist, daß sich ein eigener kritisch gedämpfter Kreis ergibt, wie es an Hand F i g. 7 erläutert worden ist.

Es wurde demnach ein verbessertes magnetisches Ablenksystem für sehr hohe Schreibgeschwindigkeiten beschrieben, bei dem der Pfad für den Magnetfluß in geeigneter Weise so gestaltet ist daß Wirbelstromverluste wesentlich reduziert werden, insbesondere dann, wenn das Ablenksystem in der Nähe äußerer Strukturen angeordnet ist, beispielsweise in einer Abschirmung. Die Maßnahme, einen sorgfältig gestalteten Weg vorzusehen, um ungewünschte Streufelder zu vermeiden, die mit der Längsachse des Ablenksystems einen unerwünscht großen Winkel bilden, hat eine kleine Rückstellzeit und eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit zur Folge. Um Remanenz- oder Hysterese-Effekte zu vermeiden und eine hohe Genauigkeit bei der Positionswahl zu erzielen, die gewährleistet, daß jedes in eine beliebige Position zu bringende Symbol stets an die bestimmte Stelle gebracht wird, ist dafür Sorge getragen, daß jeder Zahn des Ferritkernes an seinen Kanten mit einem vorbestimmten Radius versehen ist. Damit das Ablenksystem eine gewünschte Impedanzcharakteristik hat, die ebenfalls zur Erhöhung der Arbeitsgeschwindigkeit beitragen kann, ist jeder Wicklung ein Widerstand zugeordnet der zusammen mit der Wicklung einen vorzugsweise kritisch gedämpften RLC-Kreis bildet. Durch diese Maßnahmen ermöglicht das erfindungsgemäße Ablenksystem eine sehr hohe Arbeitsgeschwindigkeit und ein hohes Maß an GenauigkeiL

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims (4)

Patentanspruch: Magnetisches Ablenksystem für eine im Bereich des I Jalses und des Trichters mit einer Abschirmung versehene Kathodenstrahlröhre, mit einem den Hais umgebenden und innerhalb der Abschirmung angeordneten Magnetkern mit /yündrischer Außenfläche, der an der Innenfläche eine Vielzahl von Zähnen aufweist, mit auf dem Magnetkern angeordneten Ablenkspulen, die in zwei verschiedenen Richtungen Magnetfelder erzeugen und jeweils mehrere, die Zähne umgebende Wicklungen umfassen, und mit zu wenigstens einigen der Wicklungen parallelgeschalteten Widerständen zur Bedämpfung dieser Wicklungen, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

1. die Widerstände (Ru Rz, R%,Ra) sind für jede einzelne Wicklung (70,72 74,76) derart bemessen, daß sie in Verbindung mit der jeder Wicklung zugeordneten Streukapazität (Ci. C2. Ci, Ca) eine kritische Dämpfung bewirken;

2. der Magnetkern (26) besteht aus einem ferrimagnetischen Material;

3. die zur Achse der Kathodenstrahlröhre (12) parallelen Kanten (53, 55) der Zähne (38, 40) des Magnetkernes (26) weisen eine Abrundung auf;

4. die Enden des Magnetkernes (26) sind von Abschirmringen (28. 30) aus einem Werkstoff mit niedrigem magnetischen Widerstand umgeben.