DE3149927C2 - Abtastsignalgenerator für ein Bildwiedergabegerät in Flachbauweise - Google Patents

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Dreieckwellengenerator zum Anlegen eines Abtastsignals an die Abtastelektroden eines modularen Bildwiedergabegeräts (10). Dieser Generator enthält eine Konstantstromquelle (53, 54) und einen Kopplungstransformator (49). Mit der Sekundärwicklung des Kopplungstransformators ist ein Ladungsspeicherkondensator (59) gekoppelt. Ein Rechteckwellengenerator (63) betätigt eine Schalteinrichtung (65), um den Kondensator abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen aufzuladen, wodurch die Dreieckwellenform erzeugt wird. Ferner ist eine Entladeeinrichtung (73) vorgesehen, um die Schalteinrichtung vor hohen Spannungen zu schützen, die beim Ausschalten des Generators auftreten könnten.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Abtastsignals für ein in Flachbauweise ausgeführtes Elektronenstrahl-Bildwiedergabegerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein modulares Büdwiedergabegeräi in Flachbauweise, bei welchem die vorliegende Erfindung angewendet werden kann, ist in der US-Patentschrift 41 17 368 beschrieben. Dieses Gerät hat ein allgemein als »Kolben« bezeichnetes evakuiertes Gehäuse, das durch eine Vielzahl flügelartiger Zwischenwände in Kanäle unterteilt ist. Jeder der Kanäle enthält Führungsgitter, um Elektronenstrahlen längs den Kanälen wandern zu lassen. Wenn eine bestimmte Zeile des Bildes erzeugt werden soll, werden die Elektronenstrahlen aus den Führungsgittern herausgestoßen und wandern in Richtung auf den Bildschirm. Die Zwischenwände tragen Ablenkelektroden, die durch sich ändernde Ablenkpotentiale vorgespannt werden. Diese Ablenkpotentiale bewirken, daß die von den Führungsgittern zum Bildschirm wandernden Elektronen in Querrichtung der Kanäle so abgelenkt werden, daß die zur Zeilendarstellung erforderliche Querabtastung des Bildschirmes erfolgt. Die Eiektronenstrahlen aller Kanäle werden gleichzeitig aus dem Raum zwischen den Führungsgittern herausgestoßen, so daß über jeden der Kanäle gleichzeitig ein Teil derselben Horizontalzeile des Bildes dargestellt wird. Durch die Ablenkelektroden auf gegenüberliegenden Seiten jeweils derselben Zwischenwand wird jeweils ein Kondensator gebildet, und um zu verhindern, daß sich dieser Kondensator auflädt, wird dafür gesorgt, daß die Ablenkpotentiale an den beiden betreffenden Ablenkelektroden stets einander gleich sind. Aus diesem Grund werden benachbarte Kanäle in zueinander gegenläufigen Richtungen abgetastet. Die Videoinformation muß daher benachbarten Kanälen in entgegengesetzter Reihenfolge zugeführt werden.

Eine Einrichtung, welche die Reihenfolge der Daten für benachbarte Kanäle eines modularen Bildwiedergabegeräts umkehrt, ist in der US-Patentschrift 40 80 630 beschrieben. Bei dieser Einrichtung erscheinen die ankommenden Videodaten in Analogform und werden in einem Analog-Digital-Wandler digitalisiert. Das digitalisierte Ausgangssignal des Wandlers wird einem sogenannten Wcnderegister zugeführt, das zwei Schieberegister enthält. Die beiden Schieberegister sind über Schalteinrichtungen mit einem primären Schieberegister gekoppelt, so daß entweder das eine oder das ancle-

re der beiden Schieberegister das primäre Schieberegister laden kann. Wenn die Schalteinrichtung mit dem einen der beiden Register gekoppelt ist, dann werden die Daten aus dem Primärregister in der gleichen Reihenfolge ausgelesen, wie sie empfangen wurden. Wenn die Schalteinrichtung mit dem anderen Schieberegister gekoppelt ist, dann werden die Daten aus dem Primärregister in einer gegenüber der Empfangsreihenfolge umgekehrten Reihenfolge ausgelesen.

In der US-Patentschrift 42 57 068 ist ebenfalls eine Einrichtung beschrieben, welche die Reihenfolge der auf benachbarte Kanäle eines modularen Bildwiedergabegeräts gegebenen Daten umkehrt. Diese Einrichtung enthält statt der beiden Schieberegister des vorstehend beschriebenen Systems ein sog. Rechts/Links-Schieberegister.

Zur Erzeugung eines Abtastsignals, das die Elektronenstrahlen in benachbarten Kanälen eines modularen Flachbau-Bildwiedergabegerätes ablenkt, kann eine Schaltungsanordnung verwendet werden, wie sie cus der deutschen Offenlegungsschrift 28 07 582 bekannt ist. Diese Schaltungsanordnung enthält zwei Sägezahngeneratoren, die zueinander spiegelbildliche Sägezahnsignale zur Beaufschlagung der Abtastelektroden in den Kanälen liefert Eine Abtastung mit Sägezahnsignalen hat jedoch den Nachteil hohen Leistungsverbrauchs wegen des hohen Spitzenstroms, der sich mit der raschen Entladung der Abtastelektrodenkapazität während des schnellen Rücklaufs bei einer Sägezahnwelle ergibt Es ist daher vorteilhafter, zur Abtastung eine Dreieckwellenform zu verwenden, bei welcher der schnelle Rücklauf nicht auftritt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht somit in der Schaffung eines Dreieckwellengenerators, der dazu verwendet werden kann, die Kanäle des in der eingangs erwähnten US-Patentschrift 41 17 368 beschriebenen Gerätes abzutasten und der in Verbindung mit den in den US-Pa- entschriften 40 80 630 und 42 57 080 beschriebenen Einrichtungen benutzt werden kann. Die wesentlichen Merkmale einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, welche diese Aufgabe löst, sind im Patentanspruch 1 angeführt. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Die Ablenkung eines Elektronenstrahls mittels einer Dreieckwelle zum Zwecke der Energieeinsparung ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 28 08 224 an sich bekannt, und zwar in Verbindung mit einer herkömmlichen, nicht in Flachbauweise ausgeführten Bildwiedergabeeinrichtung, in welcher jeder Elektronenstrahl unter dem Einfluß eines magnetischen Ablenkfeldes durchgehend über die gesamte Bildzeile fährt. Der bei dieser bekannten Technik verwendete Abtastsignalgenerator enthält zwei zu einer Brückenschaltung vereinigte Schalterpaare, die abwechselnd geöffnet und geschlossen werden, um den Stromfluß durch eine Ablenkspule jeweils am Zeilenende umzukehren. Diese Schalteinrichtung ist mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung nicht vergleichbar.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung und teilweise aufgeschnitten ein bekanntes modulares Bildwiedergabegerät, bei welchem die Erfindung angewendet werden kann;

F i g. 2 ist ein vereinfachtes Schaltbild, welches veranschaulicht, wie eine Dreieckwelle mit Hilfe von Konstantstromauelien, eine Schalters und eines Kondensatorserzeugt wird;

Fig.3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dreieckwellengenerators.

Das in F i g. 1 dargestellte Flachbau-Bildwiedergabegerät 10, bei welchem die Erfindung angewendet werden kann, hat einen evakuierten Kolben 11 mit einem Bilderzeugungstei! 13 und einem Strahlerzeugungsteil 14. Der Kolben 11 weist eine Frontplatte 16 und eine Rückplatte 17 auf, die durch Seitenwände 18 im Abstand ίο und parallel zueinander gehalten werden. Auf der Frontplatte 16 ist ein Bildschirm 12 aufgebradlit, der zur Bildwiedergabe sichtbar aufleuchtet, wenn er von Elektronen getroffen wird.

Zwischen der Frontplatte 16 und der Rückplatte 17 ist ;5 eine Vielzahl beabstandeter paralleler Stützwände oder »Flügel« 19 angeordnet, um dem Kolben 11 den gewünschten inneren Halt gegenüber dem äußeren Atmosphärendruck zu geben und ihn in eine Vielzahl von Kanälen 21 zu unterteilen. In jedem dv: Kanäle 21 befindet sich eine Strahlführungsanordnung, di? beabstandete parallele Strahlführungsgitter 22 und 23, ein Fokussierungsgitter 27 und ein Beschleunigungsgitner 28 enthält und sich in Quer- und Längsrichtung über den betreffend;-n Kanal erstreckt. Eine von einem Kathodenhalter 29 getragene Linienkathode 26 emittiert Elektronen in die Zwischenräume 24 zwischen den Führungsgittern 22 und 23 in jedem Kanal 21, so daß dk Elektronen die Kanäle in Längsrichtung durchwandern. Jeder Kanal 21 enthält ein Elektronenstrahl-Erzeiugungssystern für die drei zur Erzeugung eines Farbbildes verwendeten Farben. Diese Strahlsysteme umfassen jeweils einen Teil der Linienkathode und enthalten Elektroden, die so vorgespannt werden, daß die emittierten Elektronen in die Zwischenräume 24 eintreten. Jedes der Gitter 22, 23, 27 und 28 enthält eine Vielzahl von öffnungen 32, die so angeordnet sind, daß sie Spalten in Längsrichtung der Gitter und Reihen in Querrichtung der Gitter bilden. Auf der inneren Oberfläche der Rückpla»te 17 ist eine Vielzahl von sogenannten Ettraktionselektroden 33 aufgebracht, die sich jeweils über die gesamte Querausdehnung des Kolbens 11 erstrecken. Wenn eine bestimmte Zeile des wiederzugebenden Bildes auf dem Bildschirm 12 dargestellt werden soll, wird eine negative Spannung an eine der Extraktionselektroden 33 gelegt, so daß die Elektroden aus dem Zwischenraum zwischen den Führungsgittern 22 und 23 jedes Kanals herausgestoßen werden und zum Schirm 12 hin wandern, um zusammen die betreffende Bildsr.eile darzustellen. Die Flügel 19 tragen Abtastelektroden (nicht dargestellt), die durch eine sich zeitlich ändernde Spannung vorgespannt werden, um die Elektromenstrahlen za veranlassen, quergerichtete Abtastbewegungen in jedem der Kanäle zu vollführen. Somit trägt jeder der Kanäle 21 einen Teil zur gesamten Zeile des Bildes bei. Die Abtastelektroden des in F i g. 1 dargestellten Bildwiedergabegeräts und auch des Geräts nach der US-Patentschrifi 41 17 368 können entweder durch ein Sägezahnsignal oder eine Dreieckwellenfonn beaufschlagt werden. Bei Verwendung eines Sägenahnsignals wird an die Abtastelektroden eine linear iinsieigende Spannung (Sägezahn) gelegt, bis die Eiektronenstrahlen die ihnen zugeordneten Kanäle voll in Querrichtung abgetastet haben. Nach dem ansteigenden Sägezahn folgt eine rasche Rückkehr der Spannung zum niedrigsten Pegel, worauf der ansteigende Sägezahn wieder beginnt. Bei Verwendung einer Dreieckwelle zur Abtastung folgt einem linearen Spannungsanstieg jeweils ein linearer Abfall der Spannung, wobei die ansteigenden

und abfallenden Äste oder Rampen der Wellenform jeweils die gleiche Steigung haben.

Daher können sowohl die ansteigenden als auch die abfallenden Rampen für die wirksame Abtastung verwendet werden. Eine Abtastung durch eine Dreieckwellenform ist gegenüber der Verwendung eines Sägezahnsignals vorteilhafter, weil dadurch der Leistungsverbrauch um einen Faktor in der Größenordnung von 8 vermindert wird. Für diese Verminderung des Leistungsverbrauchs sind verschiedene Erscheinungen verantwortlich. Zum einen sind die ohmschen Verluste proportional dem Quadrat der Stromstärke, und daher ist der hohe Spitzenstrom, der sich mit der raschen Entladung der Abtastelektrodenkapazität während des schnellen Rücklaufs bei einer Sägezahnwelle ergibt, unerwünscht. Bei einer Dreieckwelle gibt es diesen schnellen Rücklauf nicht, was zu einer Leistungsersparnis um den Faktor 4 führt. Zum ändern ist die Cründfrcquenz einer Dreieckwellenform nur halb so groß wie die Grundfrequenz einer Sägezahnwelle. Die Transformatorkernverluste sind proportional dem Quadrat der Frequenz, so daß diese Verluste um den Faktor 4 geringer sind, wenn man eine Dreieckwelle zur Abtastung verwendet. Die Verwendung einer Dreieckwelle vermindert also die ohmschen Verluste und die Transformatorkernverluste um jeweils den Faktor 4, so daß sich insgesamt eine Leistungseinsparung um den Faktor 8 ergibt.

Die F i g. 2 zeigt anhand eines vereinfachten Schaltbildes, wie eine Dreieckwellenform erzeugt werden kann. Die dargestellte Schaltung enthält zwei Konstantstromquelleri 41 und 42, die auf entgegengesetzten Seiten eines Kondensators 43 angeordnet sind. Jede Seite des Kondensators 43 ist außerdem mit einem gesonderten der beiden festen Kontakte 46 und 47 eines Umschalters 45 verbunden. Da die Stromquellen 41 und 42 konstant sind, nachdem der Schalter 45 geschlossen ist. ist die über den Kondensator 43 gemessene Spannung eine lineare Funktion der Zeit gemäß folgender Gleichung:

dv =— di.

Die Schaltung erzeugt eine lineare symmetrische Dreieckwellenform, wenn die Zeit, während welcher der Arm 44 des Umschalters 45 den festen Kontakt 46 berührt, gleich derjenigen Zeit ist, während welcher der Arm den festen Kontakt 47 berührt. Die Spannung am Kondensator 43, d. h. die am Kontakt 46 gegenüber dem Kontakt 47 gemessene Spannung, steigt an, wenn der Arm den Kontakt 47 berührt, und sie sinkt ab, wenn der Arm den Kontakt 46 berührt.

Die bevorzugte Ausführungsform nach F i g. 3 enthält eine Gleichspannungsquelle 48 und einen Kopplungstransformator 49. Der Kopplungstransformator 49, der hier als Ringkerntransformator dargestellt ist, hat eine Primärwicklung 51 und eine Sekundärwicklung 52, wobei die Sekundärwicklung ungefähr "iermal so viele Windungen aufweist wie die Primärwicklung 51. Die Ausgangsklemmen 61 und 62 von der Sekundärwicklung 52 sind mit den Abtastelektroden des Wiedergabegerätes verbunden, während der eingezeichnete Kondensator 59 die Kapazität dieser Elektroden darstellt und vorzugsweise anstelle des Kondensators 43 in F i g. 2 verwendet wird.

An die gegenüberliegenden Enden der Primärwicklung 51 sind zwei Induktivitäten 53 und 54 angeschlossen, die einen so hohen induktivitätswen haben, daß die Gleichspannungsquelle 48 in Verbindung mit diesen Induktivitäten als Konstantstromquelle wirkt. Ein gleich-Etromsperrender Koppelkondensator 56 ist zwischen die Induktivitäten 55 und 54 in Reihe mit der Primärwicklung 51 eingefügt. Die Induktivitäten 53 und 54 sind beide über jeweils eine Leitung 57 bzw. 58 an einen Schalter 50 angeschlossen, so daß je nach dem Zustand einer weiteren Schalteinrichtung 65 Strom in der einen oder der anderen Richtung durch die Primärwicklung 51

ίο fließen kann, um den Kondensator 59 in entgegengesetzten Richtungen aufzuladen.

Die Schalteinrichtung 65 enthält einen Rechteckwellengenerator 63 und zwei elektronische Steuerelemente 64 und 66, bei denen es sich wie dargestellt um Feldeffckttransistoren oder aber um pnp- oder npn-Transistorcn handeln kann. Der Ausgang des Rechteckwellengenerators 63 ist direkt mit der Steuerelektrode des Feldeffekttransistor* <** und außerdem über einen Inverter 67 mit der Steuerelektrode des Feldeffekttransistors 66 verbunden. Der Transistor 64 ist über eine Diode 68 mit einer Seite des Transformators 49 verbunden. Der Transistor 66 ist über eine ähnliche Diode 69 mit der anderen Seite des Transformators 49 verbunden. Die Dioden 68 und 69 sind Elemente mit kurzer Erholungszeit und verhindern, daß die schaltenden Transistoren 64 und 66 ins Negative gehen, wenn sie ausgeschaltet werden. Die Steuer-l'ektroden der Transistoren 64 und 66 sind über jeweils einen Vorspannungswiderstand 71 bzw. 72 mit Masse verbunden.

Der Rechteckwellengenerato'¹ 63 ist mit den Steuerelektroden beider Transistoren. 64 und 66 gekoppelt. Wegen des vorhandenen Inverters 67 jedoch werden die Transistoren 64 und 66 abwechselnd leitend und nicht-leitend. Die Schalteinrichtung 65 erfüllt somit die Funktion des Umschalters 44 nach Fig. 2, so daß der Kondensator 59 abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen aufgeladen wird, um die gewünschte lineare Dreieckwellenform zu erzeugen. Die Polaritätswechsel der Rechteckwelle vom Ausgang des Generators 63 bestimmen die Umschaltzeitpunkte der Feldeffekttransistoren 64 und 66, und daher bestimmt die Folgefrequenz der Rechteckwelle die Zeitdauer der Rampen der resultierenden Dreieckwellenform. Wenn die Ausgangswellenform des Generators 63 symmetrisch ist, dann gibt es keine Gleichstromkomponente der Wellenform, und der Koppelkondensator 56 kann weggelassen werden.

Die abtastende Dreieckwelle wird den Abtastelektroden über die Klemmen 61 und 62 angelegt und kann durch öffnen des Schalters 50 gestoppt werden. Ein Problem kann sich jedoch daraus ergeben, du-.ϊ die in den Magnetfeldern der Induktivitäten 55 oder 54 gespeicherte Energie nicht sofort entladen werden kann. Daher existiert unmittelbar nach dem Schaltvorgang der gleiche Strom wie unmittelbar vor dem Schaltvor-

gang. Das heißt, der Strom (i) nach dem öffnen des Schalters 50 ist gleich:

Aufgelöst ergibt sich für die Spannung E:

E =

Wenn der Schalter 50 offen ist, ist der Widerstand R sehr groß, so daß die Spannung £ ebenfalls sehr groß ist.

Diese Spannung kann entweder die Dioden 68 und 69 oder die Feldeffekttransistoren 64 und 66 zerstören. Eine solche Zerstörung wird durch das Einfügen einer Entladediode 73 zwischen den Schalter 50 und Masse verhindert. Die Diode 73 leitet nicht, wenn der Schalter 50 geschlossen ist, so daß die Kapazität 59 dann aufgeladen wird Wenn jedoch die Spannung durch öffnen des Schalters 50 ausgeschaltet wird, leitet die Diode 73, so daß der Wert R in der vorstehenden Gleichung (3) sehr klein ist, was einen niedrigen Wert der Spannung zur Folge hat, bei welchem weder die Diode 68 und 69 noch die Transistoren 64 und 66 beschädigt werden können.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

20

25

30

45

55

60

65

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Abtastsignals für ein Elektronenstrahl-Bildwiedergabegerät, v/elches eine Vielzahl innerer Stützwände aufweist, die das Gerät in eine Vielzahl von Kanälen unterteilen, und welches Abtastelektroden enthält, um Elektronenstrahlen zur Abtastung in Querrichtung der Kanäle abzulenken, mit folgenden Teilen: einer Versorgungsquelle, die eine Konstantstromschaltung aufweist;

einer Koppeleinrichtung zum Koppeln der Versorgungsquelle mit den Abtastelektroden;
einer Ladungsspeichereinrichtung, die auf die Kon- is stantstromschaltung anspricht;
einer zwischen der Konsiantstromschallurig und der Koppeleinrichtung angeordneten Schalteinrichtung; einem Schaltsignalgeber zur Lieferung eines Schaltsignals für die Schalteinrichtung. dadurch gekennzeichnet,
daß das Schaltsignal ein Signal mit abwechselnd positiver und negativer Polarität ist;
daß die Schalteinrichtung (65) ein erstes und ein zweites spannungsgesteue-tes elektronisches Steuerglied (64, 66) enthält, wache individuell auf die positiven und negativen Polaritäten des Schaltsignals ansprechen, um die Konstantstromschaltung (53, 54) je nach der Polarität des Schaltsignals abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen mit der Koppeleinrichtung(49) zu verbinden;
daß zwischen die Cchalte-i/richtung (65) und die Koppeleinrichtung (4S) eine in einer Rich lung leitfähige Einrichtung (68, 69) ein^ -fügt ist, um das Fließen, von Strom zu blockieren, wenn die Schalteinrichtung die Verbindungsrichtung wechseil;
daß eine Entladeeinrichtung (73) zum Entladen der Koppeleinrichtung (49) und der Ladungsspeichereinrichtung (59) beim Abtrennen (50) der Versorgungsquelle (48) von der Koppeleinrichtung (49) vorgesehen ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantstromschaltung eine Gleichspannungsquelle (48) und mehrere Induktivitäten (53,54) enthält, die auf gegenüberliegenden Seiten der Koppeleinrichtung (49) angeordnet sind, und daß die Ladungsspeichereinrichtung (59) die Kapazität der Abtastelektroden ist.

3. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltsignal eine Rechteckwelle ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die spannungsgesteuerten elektronischen Steuerglieder (64, 66) zwischen gegenüberliegenden Seiten der Koppeleinrichtung (49) und Masse liegen, und daß die in einer Richtung ieitfähige Einrichtung (68, 69) zwei Dioden enthält, die einzeln zwischen den elektronischen Steuergliedern und der Koppeleinrichtung angeordnet sind.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladeeinrichtung eine Diode (73) enthält, die zwischen die Spannungsquelle (48) und Masse geschaltet ist.

6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhcrgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden elektronischen Steuerglieder l'cstkörpcrelemente (64,66) sind.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Festkörperelemente Feldeffekttransistoren (64,66) sind.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltsignal den Steuerelektroden der Feldeffekttransistoren (64,66) angelegt wird.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Schaltsignalgeber (63) und einem der Transistoren (66) eine signalinvertierende Einrichtung (67) angeordnet ist

10. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppeleinrichtung ein Transformator (49) ist

11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet daß der Transformator (49) eine Ringkernspule enthält