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BESCHREIBUNG
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Energiesparendes Zeilen- und Bild-Ablenkverfahren an einem sequentiellen
Fernseh-Bildaufnahme- und Wiedergabesystem Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
zur Zeilen- und Bildablenkung in einem sequentiellen FS-Bildaufnahme- und Wiedergabesystem.
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Deutliche Verringerung der Leistungsaufnahme eines Farbfernsehgerätes
sind vorrangige Bemühungen der Geräteentwickler. Dabei stehen nicht nur die vom
Gesetzgeber vorgesehene, bildgrößenabhängige Leistungsbegrenzung, sondern die erwünschte
Steigerung der Lebensdauer des Gerätes durch Reduzierung der Bauteil-Temperatur
im Vordergrund. So haben statistische Messungen ergeben, daß eine Verringerung der
Bauteil-Temperatur von etwa 8...100C einer Halbierung der Ausfallrate gleichkommt.
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In der Leistungsbilanz eines Fernseh-Empfängers ist die Zeilenendstufe,
d.h. die elektronische Ansteuerschaltung der Ablenkwicklung zur horizontalen Ablenkung
des Elektronenstrahlers die Stufe des Empfängers, in der bis zu 50% der aus dem
Netz entnommenen Leistung umgesetzt wird. Der Grund liegt in der traditionellen
Technik der sägezahnförmigen Horizontalablenkung des Elektronenstrahles, wobei in
bekannter Weise die einzelnen Zeilen im Hinlauf während einer Dauer von 52 ps, beginnend
am linken Bildrand (vom Betrachter aus gesehen), sichtbar bis zum rechten Bildrand
geschrieben und der Strahl in einer 12 ps währenden Dunkelphase jeweils von rechten
Bildrand wieder in die horizontale Ausgangsposition an den linken Bildrand zurückgeführt
wird. Diese Horizontalablenktechnik hat zur Folge, daß die nach
Beendigung
der Hinlauf-Phase im Ablenkfeld gespeicherte magnetische Energie sehr schnell abgebaut
und zur Ablenkung des Strahles an den gegenüberliegenden horizontalen Bildrand in
gleicher Größe wieder aufgebaut werden muß. Dabei entstehen erhebliche Verluste,
sowohl in den Stromkreisen als auch durch Wirbelströme und Hysterese im Ferritkern
der Ablenkwicklung. Eine deutliche verringerte Leistungsaufnahme wurde bei den Bildröhrensystemen
erreicht, bei denen die Ablenkspulen dicht am Röhrenhals angeordnet sind und daher
schon kleine Ströme zur Strahlablenkung ausreichen.
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Ein Vorteil der eingeführten, sägezahtförmigen Ablenktechnik liegt
in der gleichzeitigen, relativ einfachen Erzeugung der erforderlichen Anoden-Hochspannung
aus dem Zeilen-Rückschlagimpuls. Da bei Farbfernseh-Geräten jedoch etwa 20...30
W Anodenverlustleistung über die Zeilenendstufe übertragen werden muß entstehen
in dieser zusätzliche Übertragungsverluste.
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Die gesamten, aus dieser Ablenktechnik resultierenden Verluste liegen
somit, trotz weitgehender Optimierung durch besondere Schaltungstechniken mit geeigneten
Bauelementen und neuen Bildröhren (higlbrightness- und Dünthals-Röhren) noch immer
deutlich über dem gesamten Leistungsbedarf der anderen Funktionsstufen des Fernseh-Empfängers.
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Um die Verluste in einer Zeilenablenkschaltung und damit in einem
Fernseh-Empfänger drastisch zu reduzieren, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die
konventionelle Zeilenablenktechnik mit sichtbarem Hinlauf und beschleunigtem, dunkelgetastetem
Rücklauf, durch ein Ablenkverfahren zu ersetzen, bei dem kein schneller Rücklauf
an die geometrische Position des Zeilenanfangs, sondern eine sichtbare, gleichschnelle
Rückführung mit gleichzeitiger Übertragung des Bildinhaltes fiir diese Zeile erfolgt.
Die typischen Unterschiede zwischen diesen beiden horizontalen Ablenkverfahren des
Elektronenstrahles in einem Fernseh-Empfänger sind in Fig. 1 und 2 dargestellt.
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Im Gegensatz zum konventionellen Verfahren nach Fig. 1, in dem der
dunkelgetastete Elektronenstrahl während des Zeilenrücklaufes ZR mit etwa 4-facher
Geschwindigkeit an den horizontalen Ausgangspunkt für den Zeilenhinlauf ZH zurückgeführt
wird, Fig. la, wird erfindungsgemäß der Elektronenstrahl im Anschluß an den Zeilenhinlauf,
nach einer sprungförmig vertikalen Ablenkung um eine Zeilenbreite, mit der gleichen
Ablenkgeschwindigkeit wieder zurückgeführt, s. Fig. 2a. Der Strom in der Horizontal-Ablenkwicklung
- nachfolgend mit H-Ablenkstrom bezeichnet - ist verfahrensgemäß dann nicht mehr
sägezahnförmig, wie in der bisher angewandten Ablenktechnik (Fig. ib) sondern dreieckförmig
(Fig. 2b). Durch dieses Ablenkverfahren wird die spontane Richtungsumkehr im horizontalen
Ablenkfeld vçrmieden, wodurch in entscheidendem Maße die Ummagnetisierungs- und
Wirkverluste in den zugehörenden Stromkreisen vermindert werden.
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Um den Elektronenstrahl Zeile für Zeile über das Fernsehraster zu
führen, muß er, in der konventionellen Ablenktechnik zusätzlich zur Horizontalablenkung,
senkrecht dazu in vertikaler Richtung abgelenkt werden. Da diese V-Ablenkung während
eines Halbbildes kontinuierlich vorgenommen wird, fällt - gemäß Fig. ia - die Lage
der auf dem Bildschirm geschriebenen Zeile nach rechts schräg ab.
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Bei der erfindungsgemäßen Lösung erfolgt während der Zeilendauer keine
vertikale Ablenkung, d.h. die geschriebene Zeile liegt exakt waagrecht. Das vorteilhafte
Zeilensprungverfahren kann beibehalten werden, so daß z.B. im ersten Halbbild jeweils
die ungeradzahligen, im zweiten Halbbild die geradzahligen Zeilen, in völlig paralleler
Lage zueinander, geschrieben werden. Die nach Fig. 2b erforderliche Stromrichtungsumkehr
des H-Ablenkstromes läßt sich beispielsweise in einer Brückenschaltung nach Fig.
3 vornehmen, in der die A/B-Schalter für gleiche Zeiten exakt mit der Zeilenfrequenz
wechselweise jeweils geöffnet oder geschlossen werden.
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Da im magnetischen Kreis der Ablenkung ein Eisenweg vorhanden ist,
entsteht über einen vollständigen Durchlauf der Hysteresekurve für den Zeilen- und
Rücklauf eine optisch störende wechselnde örtliche Verschiebung der aufeinanderfolgenden
Zeilenmitten für den momentanen
Ablenkstrom iH=O. H0 Dieses läßt
sich durch entsprechende Kompensation über eine Regelschleife verhindern, indem
das, z.B. über eine Hallplatte aufgenommene ltIsttt-Feld in einer Feldvergleichsstufe
mit einem synthetisch gebildeten Spannungswert Us verglichen wird, der dem momentanen
Verlauf des t'Soll"-Feldes entspricht. Aus dem Unterschied zum Ist -Feld wird eine
Regelgröße abgeleitet, die den Horizontal-Ablenkatrom iH korrigiert.
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Fig. 4 zeigt das Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Horizontal-Ablenkteils.
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Die Horizontal-Ablenkspule 1 wird von der Zeilenendstufe 2 gespeist,
die eingangsseitig an der Betriebsspannung UB (3) liegt. Die dazwischenliegende
Stufe 4 dient zur feldverlaufabhängigen Korrektur des horizontalen Ablenkstromes
iH. H Sie erhält an einem Eingang 5 eine Steuerspannung Ust1 die aus dem Unterschied
zwischen der 19Sollt-Feldgröße HFs und der Ist"-Feldgröße HFi in einer Feldvergleichstufe
6 abgeleitet wird. Während der Vergleichswert Us des "Soll"-Feldes einer nachsteuerbaren
aktiven Schaltungsanordnung 7 entnommen wird, entsteht der Vergleichswert Ui des
twIstll-Feldes an einem magnetfeldabhängigen Bauteil 8, das an geeigneter Stelle
im horizontalen Ablenkfeld montiert ist. Da der Korrekturverlauf für Zeilenhin-
und -rücklauf grundsätzlich gleich, aber spiegelbildlich ist, muß er bei jedem Richtungswechsel
des Strahles, d.h. im Takt der Zeilenfrequenz umgeschaltet werden. Das geschieht
durch die Zeilen-Synchronimpulse Uz, die der Impulsabtrennstufe 9 entnommen und
über den Eingang 10 der ttSoll-Feldstufe 7 zugeführt werden. Da jedoch eine Zuordnung
des eintreffenden Synchronimpulses zum jeweiligen Korrekturverlauf erfolgen muß,
wird zusätzlich eine der Burstphase zugeordnete Impulsspannung UBU an den Eingang
11 der 'Soll"-Feldstufe 7 gelegt.
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In einer Schaltstufe 12 wird die am Eingang 13 anliegende Ist"-Feldphase
des horizontalen Ablenkfeldes mit der am Eingang 14 anstehenden H-Synchronimpulsphase
miteinander verglichen und die aus der Phasendifferenz abgeleitete Stellgröße, in
Abhängigkeit von der Potentiallage des Burst-Kennimpulses UBu wechselweise über
die Leitungen 15 und 16 der Zeilenendstufe geführt, in der die exakte zeilensynchrone
Richtungs-Umschaltung des horizontalen Ablenkstromes
H stattfindet.
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Die zeitlichen Zusammenhänge zwischen Z-Synchronimpuls Uz, Burstkennimpuls
UBu, sowie der Referenzspannung Us mit dem optimal korrigierten horizontalen Ablenkstrom
iH für beide Zeilen-Schreibrichtungen in Bildmitte zeigt die Fig. 5.
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Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Methode der Zeilen-Ablenkung erfordert
eine andere Form der Vertikalablenkung. Während sie konventionell über einen sich
kontinuierlich verändernden Vertikalablenkstrom gleichmäßig während der Zeilen-Hin-
und Rücklaufphasen eines Halbbildes erfolgt, muß die Ablenkung in der erfindungsgemäßen
Form stufenförmig erfolgen1 in der Weise, daß der Ablenkstrom nach beendetem Zeilenhin-
und Rücklauf1 in der horizontalen Austastlücke jeweils um die Größe verändert wird,
die ausreicht,um den Strahl in vertikaler Richtung um die doppelte Zeilenbreite
abzulenken.
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Dieser treppenförmig vertikale Ablenkstrom wird in einer gewählten
Ausführungsform aus einer Schaltungsanordnung abgeleitet, die in Fig. 6 dargestellt
ist und ein digitales Bauteil 17 (ROM) enthält, das aufgabengemäß vorprogrammiert
ist und programmgemäß beinhaltet, daß die geometrische Form der verwandten Bildröhre
berücksichtigt ist.
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Das ROM gibt nach jeweiligem Eintreffen eines vom Schaltungspunkt
18 (Fig. 4) abgenommenen horizontalen Synchronimpulses ein Bitmuster ab, das in
einem nachfolgenden Digital-Analogumsetzer 19 in einen typischen Spannungspegel
umgesetzt wird. Zur Korrektur der N-S-Verzeichnungen (Kissen-Entzerrung) wird diesem
momentanen Gleichspannungspegel aus einem NS-Korrekturgenerator 20 ein Korrektursignalpegel
zugesetzt und das entstandene Summensignal an den einen Eingang 21 eines Regelverstärkers
22 weitergeleitet. An dem anderen Eingang 23 des Regelverstärkers 22 liegt eine
Steuerspannung, die einem Widerstand 24 abgegriffen wird, der in Reihe mit der vertikalen
Ablenkspule 25 geschaltet ist. Die Steuerspannung am Eingang 23 ist daher dem tatsächlichen
Ablenkstrom iv V direkt proportional. Die aus den beiden zugeführten Signalen im
Regelverstärker abgeleitete Differenzspannung steuert über die Verbindung 26 die
Bildkipp-Endstufe 27 an,
deren Ausgang mit dem einen Anschluß der
Vertikal-Ablenkspule 25 verbunden ist.
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Der Impulsabtrennstufe 9 wird jeweils zum Halbbildwechsel ein vertikaler
Synchronimpuls entnommen und an den Eingang 28 des ROM-Speichers 17 geführt. Dieser
Impuls bewirkt die Rückstellung auf die Anfangsadresse des Bitmusterspeichers, wodurch
der vertikale Ablenkstrom wieder auf die Ausgangsgröße zu Beginn der Ablenktreppe
zurückgeht.
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Bei der erwünschten Ausnutzung des Zeilensprungverfahrens muß der
Regelverstärker 22 pro Halbbild zusätzlich eine sich sprungförmig und wechselweise
im Takt des Bildkipp-Synchronimpulses ändernde Spannung für die Zeitdauer eines
Halbbildes überlagert werden, damit die beiden Halbbilder in bekannter Weise um
je eine Zeile gegeneinander versetzt sind.
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Die Überlagerung dieser Schaltspannung erfolgt mit Hilfe eines bistabilen
Flip-Flop 29, dessen zusammengefaßter Eingang 30 durch den vertikalen Synchronimpuls
angetastet wird.
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Da die "Soll"-Feldstufe 7 gleichzeitig auch die Ost-West-Korrektur
übernehmen muß, erhält sie über die Verbindungsleitung 31 aus der Impuls-Abtrennstufe
9 den V-Synchronimpuls, der den Bildanfang markiert und den OW-Korrekturverlauf
der Bildablenkung richtig zuordnet.
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Die Hochspannungserzeugung erfolgt in der konventionellen Ablenktechnik
durch eine Aufwärtstransformation der Rückschlag spannung im Zeilentrafo. Da erfindungsgemäß
ein Zeilentrafo nicht mehr benötigt wird, muß die Änoden-Hochspannung direkt im
Netzteil erzeugt werden. Dies ist in bekannter Weise durch eine Hochspannungs-Kaskade
leicht.möglich, wobei dieses Verfahren gegenüber dem herkömmlichen Verfahren den
Vorteil beinhaltet, daß der Wirkungsgrad der Hochspannungs-Erzeugung nicht um den
Wirkungsgrad der Zeilenendstufe reduziert wird.
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Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren der richtungsunabhängig
gleichschnellen Strahlführung setzt voraus, daß der Bildinhalt für die vom rechten
zum linken Bildrand geschriebenen Zeilen, d.h. bei jeder zweiten Zeile, zeitlich
in umgekehrter Richtung an das Strahlerzeugungssystem der Bildröhre geführt wird.
Die Signalfolge muß so ablaufen, wie es in Fig. 7, anhand des über die ersten Zeilen
des ersten Halbbildes geführten Alphabets, vereinfacht dargestellt ist.
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Während in der konventionellen Ablenktechnik das auch Inhalt des Bildpunktes
"E" folgende Bildpunktsignal an die Stelle ttJt der Bildröhre, doh. an den Anfang
der dritten Zeile geführt wird, muß es nach der erfindungsgemäßen Ablenktechnik
- wie in Fig0 7 gezeichnet -am Ende der dritten Zeile, also an dem Platz "F", erscheinen.
Für den Gesamtbild-Eindruck ist es aber erforderlich, daß die Bildpunkte in der
aufnahmeseitig geprägten horizontalen und vertikalen Zuordnung erhalten bleiben,
Da senderseitig nach dem E't-Signal das 8'J"-Signal gesendet wird, steht das für
die neue Ablenktechnik zu diesem Zeitpunkt erwünschte "F"-Signal noch nicht zur
Verfügung. Ein derartiger Vorgriff läßt sich nur erreichen, wenn die vom ZF-Teil
des Empfängers ankommenden FBAS-Signale zuvor in der Wiedergabe für die Dauer einer
Zeile durch eine Zwischenspeicherung verzögert werden. Ein derartiger Speicher würde
in der Art eines Schieberegisters an der einen Seite die Bildsignale einer Zeile
aufnehmen und sie bildpunktweise taktgesteuert an den Ausgang und von diesem zum
Chromateil bzw. zum Y-Verstärker des FS-Empfangsgerätes weiterleiten.
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Aufgabengemäß sind zwei derartige Speicherelemente erforderlich, da
während der Zeit, in der z.B. die zweite Zeile in den einen Speicher eingelesen
wird, der zweite Speicher für die erste Zeile ausgelesen und auf den Bildschirm
dargestellt wird. 1Einer dieser Speicher muß verfahrensgemäß vorwärts einlesbar
und rückwärts auslesbar ausgeführt sein. Die Umschaltung der beiden Ein- und Ausgänge
muß sowohl für die
Markierung des Zeilenanfangs, als auch für die
Festlegung der Leserichtung synchron erfolgen. Dazu werden der Zeilen-Synchronimpuls
UZ und die Burstspannung UBu verwandt. Der Z-Synchronimpuls synchronisiert auch
den Taktgenerator1 der mit der erforderlichen Taktfrequenz von 10 MHz die Speicherzellen
taktet.
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Das Blockschaltbild einer derartigen Anordnung ist in Fig. a gezeigt.
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Das vom ZF-Teil des Empfängers erzeugte FBAS-Signal wird über den
Anschluß 32 an einen Synchronumschalter 33 geführt und von hier aus wechselweise
an die Eingänge 34 und 35 der beiden sequentiell arbeitenden Speicherelemente 36
und 37 gelegt. Das Einlegen erfolgt in Schritten, die vom Taktgenerator 38 geprägt
werden. Dieser wird seinerseits über die an den Synchroneingang 39 liegenden Zeilen-Synchron-Impuls
synchronisiert. Die ausgelesenen Signal folgen leitet der 2.
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Synchronumschalter 40 an den Chroma-Teil des Empfängers weiter, woher
die beiden Synchronumschalter jeweils wechselweise an den Eingang E des einen und
den Ausgang A des anderen Speichers geschaltet sind. Die Synchronisation dieses
Umschaltvorganges erfolgt durch eine Signalvergleichsstufe 41, an deren Eingang
42 der Zeilen-Synchron-Impuls UZ und an dem anderen Eingang 43 die Burstspannung
UBu anliegt.