DE2637628C2 - Schaltungsanordnung zum Speisen der Kathodenheizung von Röhren, insbesondere von Fernsehaufnahmeröhren, mit Gleichstrom - Google Patents

Schaltungsanordnung zum Speisen der Kathodenheizung von Röhren, insbesondere von Fernsehaufnahmeröhren, mit Gleichstrom

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Description

Häufig sind Röhren, z. B. die Aufnahmeröhren von Fernsehkameras, räumlich weit von der Versorgungsspannungsquelle angeordnet, so dass die Versorgungsströme über lange Leitungen fließen. Insbesondere der verhältnismäßig hohe Kathodenheizstrom kann auf langen Zuleitungen einen erheblichen Spannungsabfall bewirken, so dass, wenn die Zuleitung mit der Nennspannung für die Kathodenheizung gespeist ist, die Kathode nicht ausreichend geheizt wird. Eine Erhöhung der Ausgangsspannung der Speisespannungsquelle bringt nicht die erwünschte Abhilfe, da dann die Speisespannungsquelle auf die jeweilige Leitungslänge eingestellt werden muss. Eine Spannungsstabilisierung am Ort der Röhre ist ebenfalls nicht geeignet, da eine Stabilisierungsschaltung in der Fernsehkamera diese vergrößern und zusätzliche unerwünschte Wärme erzeugen würde. Für eine Spannungsstabilisierung wäre mindestens eine zusätzliche Leitung erforderlich, welche die an der Kathodenheizung abfallende Spannung zur Speisespannungsquelle überträgt. Eine weitere Abhilfemöglichkeit besteht darin, die Kathodenheizung nicht, wie in der DE-AS 11 10 250 beschrieben, mit einer eingeprägten Spannung, sondern mit einem eingeprägten Strom zu speisen. Diese Möglichkeit hat aber den Nachteil, dass z. B. bei einem Austausch einer Röhre, deren Kathode mit einem Strom von 300 mA geheizt wird, mit einer Röhre, deren Nennheizstrom 95 mA beträgt, der Heizfaden durchbrennen würde. Die Nennspannungen der Kathodenheizungen sind zwar im allgemeinen einheitlich 6,3 V, die Nennströme sind dagegen unterschiedlich.
Aus der DE-AS 15 21 234 ist eine Schaltungsanordnung zur Regelung des Heizfadenstromes in Elektronenstrahl-Erzeugungssystemen bekannt, mit der einem Heizgleichstrom ein Wechselstrom überlagert wird und die durch den Wechselstrom bewirkte Emissionsänderung der Kathode gemessen wird. Hierzu ist in den Kathodenstromkreis ein Widerstand geschaltet. Der an diesem auftretende Wechselspannungsabfall wird mit einem Referenzwert verglichen, und in Abhängigkeit der Differenz zwischen Referenz- und Istwert wird der Gleichstrom so geregelt, dass der Wechselspannungsabfall am Kathodenwiderstand gleich dem gewünschten Wert ist. Mit einer solchen Anordnung kann zwar der Kathodenheizstrom auf einen Wert eingestellt werden, der hinsichtlich Emissionsstrom und Lebensdauer des Heizfadens günstig ist. Nachteilig ist aber der große Aufwand und das Anlegen einer unerwünschten Wechselspannung an die Kathode sowie ein unzuverlässiger Schutz in dem Falle, dass eine Röhre mit einem großen Heiznennstrom durch eine Röhre mit niedrigem Heiznennstrom ersetzt wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einen geringen Aufwand erfordernde Schaltungsanordnung zu schaffen, mit der die Kathodenheizungen von Röhren, insbesondere von Fernsehaufnahmeröhren vom Vidicontyp, über unterschiedlich lange Leitungen gespeist werden können, ohne dass die Heizleistung von der Leitungslänge beeinflusst wird, die Kathode überheizt oder die Kathodenheizung infolge Überlast beschädigt wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Schaltungsmaßnahmen gelöst.
In der neuen Schaltungsanordnung wird der Umstand ausgenutzt, dass die Nennspeisespannung der Kathodenheizung für verschiedene Röhrentypen gleich, z. B. 6,3 V, ist. Ist die neue Spannungsanordnung z. B. auf einen eingeprägten Ausgangsstrom von 300 mA eingestellt und wird eine Kathodenheizung mit einem Nennstrom von 95 mA angeschlossen, so steigt die Ausgangsspannung auf etwa den dreifachen Wert an. Dies erkennt der Vergleicher und steuert die Stromquelle derart, dass der Ausgangsstrom so klein gehalten wird, dass die Ausgangsspannung nur wenig mehr als 6,3 V beträgt. Es wird also nicht der Heizstrom geregelt, sondern die Ausgangsspannung der Stromquelle wird überwacht und in Abhängigkeit dieser Ausgangsspannung die Stromquelle gesteuert.
In einer vorteilhaften Ausführungsform besteht die Stromquelle aus einem Spannungsstromwandler, dessen Eingang mit einer Spannungsquelle verbunden ist, die eine Spannung einstellbarer und von der Vergleichsschaltung steuerbarer Höhe abgibt. Durch Einstellen der Spannung wird der Ausgangsstrom gleich dem Nennheizstrom der angeschlossenen Röhre gemacht. Dieser Strom wird unabhängig vom angeschlossenen Belastungswiderstand in weiten Grenzen aufrechterhalten. Der Widerstand der Zuleitungen zur Kathodenheizung bleibt ohne Einfluß auf die Stromstärke. Übersteigt aber die Ausgangsspannung einen durch die der Vergleichsschaltung zugeführte Referenzspannung vorgegebenen Wert, so wird die Stromstärke herabgesetzt. Hierzu kann an den Ausgang der Spannungsquelle bzw. an den Eingang des Spannungsstromwandlers ein
Schalter angeschlossen sein, der von der Vergleichsschaltung gesteuert ist und im geschlossenen Zustand den Ausgang der Spannungsquelle bzw. den Eingang des Spannungsstromwandlers kurzschließt. Die Eingangsspannung des Spannungsstromwandlers sowie dessen Ausgangsstrom wird daher Null. Zweckmäßig ist dem Schalter ein Kondensator parallel geschaltet, der, wenn der Schalter geschlossen wird, von diesem rasch entladen wird, so dass auch die Eingangsspannung des Spannungsstromwandlers rasch auf Null sinkt, und der, wenn der Schalter geöffnet ist, über einen Widerstand in einer Zeit aufgeladen wird, die im Vergleich zur Entladezeit groß ist.
Das Abschalten des Ausgangsstromes hat zur Folge, dass auch die Ausgangsspannung sinkt und die Vergleichsschaltung den Schalter wieder öffnet. Dadurch entsteht bei Einsetzen einer Röhre, deren Nennheizstrom kleiner als der eingestellte Wert ist, eine Wechselspannung, die zu einer Fehleranzeige verwendet werden kann.
Anhand der Zeichnung werden im folgenden die Erfindung sowie weitere Vorteile der Ergänzungen näher beschrieben und erläutert.
Mit R ist eine Röhre bezeichnet, die z. B. eine Fernsehaufnahmeröhre vom Vidicontyp ist. Ihre Kathode, die ebenso wie ihre anderen Elektroden nicht eingezeichnet ist, wird mittels eines Heizfadens H beheizt, der zwischen Masse und einen Ausgang A einer Stromquelle geschaltet ist. Die Größe des Ausgangsstromes der Stromquelle wird mittels einer Potentiometerschaltung, bestehend aus Widerständen R1, R2, einem Potentiometer P, einem Widerstand R3 und einem Schalter S, bestimmt. Diese Potentiometerschaltung liegt zwischen einer Spannung + U und Masse. An den Abgriff des Potentiometers P ist der nichtinvertierende Eingang 1 eines Verstärkers V1 angeschlossen, dessen Ausgang mit dem invertierenden Eingang 2 verbunden ist und der daher einen Impedanzwandler bildet. Durch Umschalten des Schalters S sind dem Verstärker V1 zwei Spannungen zugeführt, eine größere, die z. B. einen Strom von 300 mA am Ausgang A ergeben soll, und eine zweite Spannung, mit der ein Strom von 95 mA erzeugt wird. Die Umsetzung der Spannungen in entsprechende Ströme geschieht in einem Spannungsstromwandler mit einem Verstärker V2, an den die Basis eines als Emitterfolger betriebenen Transistors TS1 angeschlossen ist. Der Verstärker V2 wird vom Verstärker V1 über einen Widerstand R4 an seinem nichtinvertierenden Eingang 3 angesteuert. Zwischen dem Emitter des Transistors TS1 und dem invertierenden Eingang 4 des Verstärkers V2 liegt ein Widerstand R6, der zusammen mit einem zwischen dem invertierenden Eingang 4 und Masse liegenden Widerstand R5 ein Gegenkopplungsnetzwerk bildet. Ein weiterer Rückkopplungsweg wird von einer Reihenschaltung aus Widerständen R7 und R8 gebildet, an deren Verbindungspunkt der Ausgang A angeschlossen ist. An diesem Verbindungspunkt liegt ferner der eine Anschluß eines Spannungsteilers mit den Widerständen R9 und R10, an dessen Abgriff 5 der invertierende Eingang 6 eines weiteren Verstärkers V3 angeschlossen ist. Parallel zum Widerstand R10 liegt ein Kondensator C1. Der nichtinvertierende Eingang 7 des Verstärkers V3 liegt am Anschluß 8 einer Zenerdiode Z, deren zweiter Anschluß 9 mit Masse verbunden ist. Die Zenerdiode Z wird über den Widerstand R1 aus der Spannungsquelle +U gespeist. Die an dieser Zenerdiode Z abfallende Spannung wird im Verstärker V3 mit der am Verbindungspunkt 5 des Spannungsteilers R9, R10 auftretenden, aus der am Ausgang A liegenden Spannung abgeleiteten Spannung verglichen. Über einen Widerstand R11 steuert er einen Feldeffekttransistor TS2 an, dessen Source-Elektrode 11 an Masse und dessen Drain-Elektrode 10 mit dem nichtinvertierenden Eingang 1 des Verstärkers V1 verbunden sind. Parallel zur Drain-Source-Strecke des Transistors TS2 liegt ein Kondensator C2.
Zur Beschreibung der Funktion der Schaltung wird zunächst vorausgesetzt, dass der Schalter S geöffnet ist und daher dem Eingang 1 des Verstärkers V1 eine Spannung zugeführt wird, die einen Strom über den Ausgang A erzeugt, der gleich dem Nennstrom der Röhre R ist. Änderungen der Länge und damit des Widerstandes der Verbindungsleitung zwischen dem Ausgang A und der Röhre R bewirken zwar eine Spannungsänderung am Ausgang A, aber keine Änderung des Stromes und daher auch keine Änderung der Heizleistung.
Brennt der Heizfaden H durch oder ist die Röhre R gezogen, so versucht der Spannungsstromwandler mit dem Verstärker V2, TS1 seinen Ausgangsstrom durch den Spannungsteiler mit den Widerständen R9 und R10 zu schicken. Die Werte dieser Widerstände liegen in der Größenordnung von einigen Kiloohm, sind also wesentlich größer als die üblichen Widerstände der Heizfäden von Röhren.
Die Spannung am Ausgang A steigt an, und zwar bis zu einer Spannung, die gleich der Spannung +U ist, vermindert um die Basis-Emitter-Spannung des Transistors TS1 und den Spannungsabfall am Widerstand R7, dessen Wert im Vergleich zu dem der Widerstände R9 und R10 sehr klein ist. Damit wird die Spannung am invertierenden Eingang 6 größer als die dem nichtinvertierenden Eingang 7 zugeführte Referenzspannung; am Ausgang des Verstärkers V3 tritt ein positives Signal auf, das den Transistor TS2 durchschaltet. Damit wird der Kondensator C2 entladen, und der Eingang 1 des Verstärkers V1 liegt praktisch auf Massepotential. Der Ausgangsstrom des Spannungsstromwandlers V2, TS1 wird etwa Null und dementsprechend auch der Spannungsabfall an den Widerständen R9 und R10, so dass der Transistor TS2 wieder gesperrt wird. Über die Widerstände R1, R2 und den ersten Teilwiderstand des Potentiometers P wird der Kondensator C2 aufgeladen, der Ausgangsstrom steigt an, bis der Spannungsabfall an den Widerständen R9 und R10 etwas größer als die übliche Nennspannung von Kathodenheizungen ist. Dieser Strom beträgt in einem Ausführungsbeispiel ca. 0,5 bis 1 mA, ist also wesentlich kleiner als ein üblicher Heizstrom und erfordert daher eine nur kleine Spannung am Eingang 1 des Verstärkers V1. Ist dieser Strom erreicht, steigt die Spannung am Verbindungspunkt 5 der Widerstände R9 und R10 über die dem Eingang 7 des Verstärkers V3 zugeführte Referenzspannung an, und der Transistor TS2 wird wieder durchgeschaltet. Es entsteht so eine sägezahnförmige Spannung, deren Frequenz wegen ihrer geringen Amplitude relativ hoch ist.
Wird bei offenem Schalter S eine Röhre eingesetzt, deren Nennheizstrom gleich dem Strom ist, der bei geschlossenem Schalter S über den Ausgang A abgegeben wird, so versucht der Spannungsstromwandler V2, TS1 wegen der zu hohen Eingangsspannung einen zu großen Strom durch den Heizfaden zu schicken. Dadurch steigt die Spannung am Ausgang A und damit die am Abgriff 5 des Spannungsteilers R9, R10 so weit, dass der Vergleicher V3 den Transistor
TS2 durchschaltet. Der Kondensator C2 wird entladen und der nichtinvertierende Eingang 1 des Verstärkers V1 auf Masse gelegt. Der Ausgangsstrom des Spannungsstromwandlers V2, TS1 und die Spannung am Abgriff 5 des Spannungsteilers R9, R10 werden praktisch Null, so dass der Vergleicher V3 den Transistor TS2 sperrt. Der Kondensator C2 wird daher wieder über die Widerstände R1, R2 und den oberen Teilwiderstand des Potentiometers P aufgeladen, und der über den Ausgang A abgegebene Ausgangsstrom steigt langsam an. Das Spannungsteilerverhältnis des Spannungsteilers R9, R10 ist so eingestellt und die Zenerdiode Z so gewählt, dass die den Eingängen 6 und 7 des Vergleichers V3 zugeführten Spannungen gleich sind, wenn die am Ausgang A auftretende Spannung die übliche Nennspeisespannung von Kathodenheizungen um einen Betrag übersteigt, der für die Kathodenheizungen gefährlich sein kann. Übersteigt daher die am Ausgang A auftretende Spannung die Nennspeisespannung um diesen Betrag, schaltet der Vergleicher V3 den Transistor TS2 durch und der Kondensator C2 wird entladen. Es entsteht also am Eingang 1 des Verstärkers V1 eine sägezahnförmige Spannung und am Ausgang A ein sägezahnförmiger Strom, deren Frequenz jedoch wesentlich kleiner ist als die Frequenz des sägezahnförmigen Stromes, der bei offenem Ausgang A erzeugt wird, da der Widerstandswert von Kathodenheizungen wesentlich kleiner ist als der Wert der Widerstände R9 und R10 und somit ein viel größerer Ausgangsstrom des Spannungsstromwandlers erforderlich ist, damit die am Abgriff 5 des Spannungsteilers R9, R10 auftretende Spannung die Umschaltschwelle des Vergleichers V3 erreicht. Aus der Frequenz der Spannung am Verstärker V1 bzw. des Ausgangsstromes des Verstärkers V2 kann auf die Größe des Lastwiderstandes am Ausgang A geschlossen werden. Tritt eine Wechselspannung auf, so ist dies ein Zeichen dafür, dass ein Fehler vorliegt. Diese Wechselspannung wird über einen Kondensator C3 einem Verstärker V4 zugeführt, der eine Anzeigelampe L bei Vorliegen eines Fehlers zum Aufleuchten bringt. Die Bedienungsperson erkennt aus dem Aufleuchten der Lampe L, dass der Heizfaden der Röhre R durchgebrannt oder eine Röhre eingesetzt ist, deren Nennheizstrom kleiner als der mit dem Schalter S eingestellte Ausgangsstrom ist. Durch Schließen des Schalters S kann der richtige Ausgangsstrom eingestellt werden.

Claims (4)

1. Schaltungsanordnung zum Speisen der Kathodenheizung von Röhren, insbesondere von Fernsehaufnahmeröhren vom Vidicontyp, mit Gleichstrom, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizfaden (H) an den Ausgang einer steuerbaren Stromquelle (V2, TS1) angeschlossen ist, deren Ausgangsstrom einstellbar ist, dass ferner eine Vergleichsschaltung (V3) vorgesehen ist, welche die Ausgangsspannung der Stromquelle (V2, TS1) mit einer Referenzspannung vergleicht, die so eingestellt ist, dass die Vergleichsschaltung (V3) ein Ausgangssignal abgibt, wenn die Spannung am Ausgang der Stromquelle (V2, TS1) um einen vorgegebenen Betrag über der Nennheizspannung der Röhre (R) liegt, und dass das Ausgangssignal der Vergleichsschaltung (V3) als Steuersignal der Stromquelle (V2, TS1) zugeführt wird und eine Erniedrigung des Ausgangsstromes der Stromquelle auf einen für den Heizfaden (H) der Röhre (R) unschädlichen Wert bewirkt.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die steuerbare Stromquelle aus einem Spannungsstromwandler (V2, TS1) besteht, deren Eingang eine Spannungsquelle (R1, R2, P, R3, V1) angeschlossen ist, die eine Spannung einstellbarer Höhe abgibt und die von der Vergleichsschaltung (V3) gesteuert ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein von der Vergleichsschaltung (V3) gesteuerter Schalter (TS2) vorgesehen ist, der im geschlossenen Zustand den Ausgang der Spannungsquelle auf Massepotential schaltet.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Schalter (TS2) ein Kondensator (C) parallel geschaltet ist.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE1110250B (de) 1959-07-07 1961-07-06 Licentia Gmbh Stromversorgungsschaltung fuer vorzugsweise Verstaerkerroehren
DE1591234C3 (de) 1967-01-13 1975-10-23 International Business Machines Corp., Armonk, N.Y. (V.St.A.) Schaltungsanordnung zur Regelung des Heizfadenstromes in Elektronenstrahlerzeugungssystemen

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Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ATM, Blatt Z. 6343-6, S. 77 und Z. 6343-9, S. 140

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