DE3215309C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochspannungsfarbschalter der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Ein solcher Hochspannungsfarbschalter ist aus SID International Symposium/Digest of Technical Papers, Vol. XII, First Edition, April 1981, Publisher: Lewis Winner, Coral Gables, FL 33134, Sn. 92 und 93, bekannt. Bei diesem bekannten Hochspannungsfarbschalter sind keine Maßnahmen vorgesehen, um Energie zu sparen.

Eine Farbpenetrationskatodenstrahlröhre ist bekanntlich eine Anzeigevorrichtung, die einen Schirmträger hat, auf welchem ein Bild oder alphanumerische Zeichen geschrieben werden können. Eine oder mehrere Phosphorschichten auf der Innenfläche des Schirmträgers können ausgewählt werden, um fast jede gewünschte Wellenlänge sichtbaren Lichtes zu emittieren. Wenn zwei Phosphorschichten auf den Schirmträger aufgebracht sind, ist es möglich, mehr als zwei unterschiedliche Farben anzuzeigen, indem die Tiefe des Eindringens des Elektronenstrahls in die Phosphorschichten geändert wird. Weil der durch die Katode in dem Hals der Penetrationskatodenstrahlröhre emittierte Elektronenstrahl mit einer Geschwindigkeit auf die Phosphorschichten auftrifft, die hauptsächlich durch den Spannungswert an der Anode beeinflußt wird, wird eine Änderung des Wertes der an die Anode angelegten Spannung den Anteil von durch die beiden Phosphorschichten emittiertem Licht entsprechend ändern. Mit anderen Worten, bei einer Penetrationskatodenstrahlröhre mit zwei Schichten von unterschiedliches Licht emittierendem Phosphor können bis zu etwa vier Farben einem Betrachter angezeigt werden, indem der Wert der Gleichspannung geändert wird, die an die Anode angelegt wird, welche nahe der Vorderseite der Penetrationskatodenstrahlröhre angeordnet ist.

Eine beträchtliche Beschränkung bei der Verwendung von Penetrationskatodenstrahlröhren steht in Beziehung zu der Länge der Rücksetzperiode zwischen zwei Schreibperioden. Weil der Gleichspannungswert an der Anode während der Rücksetzperiode geändert werden muß, ist die Länge der Rücksetzperiode hauptsächlich durch die elektrische Kapazität festgelegt, die der Anode zugeordnet ist. Die Anode ist körperlich relativ groß und hat deshalb von Haus aus eine große Kapazität, was zur Folge hat, daß eine beträchtliche Menge an elektrischer Ladung während einer Schreibperiode auf ihr gespeichert wird. Selbstverständlich erhöhen alle zusätzlichen Kondensatoren, insbesondere große Kondensatoren, die in Hochspannungsnetzgeräten häufig benutzt werden, ebenfalls die Kapazität in dem Hochspannungskreis und tragen zur Verlängerung der Rücksetzperiode bei. Weil diese elektrische Ladung vergrößert oder verkleinert wird, um den Spannungswert an der Anode zu ändern, steht die Rücksetzperiode zwischen zwei Schreibperioden in Beziehung zu der Lade-/Entladegeschwindigkeit, die von Haus aus der Gesamtkapazität zugeordnet ist, welcher sich das Hochspannungsnetzgerät gegenübersieht.

Eine weitere Beschränkung, die sich bei bekannten Farbschaltern findet, welche bei Penetrationskatodenstrahlröhren benutzt werden, steht in Beziehung zu der Einstellung der Aufeinanderfolge der auf dem Schirmträger der Penetrationskatodenstrahlröhre anzuzeigenden Farben. Es ist zwar möglich, drei oder vier unterscheidbare Farben auf einer Zwei-Schicht-Penetrationskatodenstrahlröhre anzuzeigen, einige Hochspannungsfarbschalter müssen jedoch in einer besonderen Reihenfolge arbeiten. Mit anderen Worten, der Hochspannungsfarbschalter liefert der Anode einen vorgewählten Spannungswert in aufeinanderfolgenden Schreibperioden, d. h. die Anodenspannung wird von 10 kV auf 14 kV, von 14 kV auf 18 kV und schließlich wieder von 18 kV auf 10 kV geändert. Während jeder dieser aufeinanderfolgenden Schreibperioden werden Bilder oder alphanumerische Zeichen, die durch den Elektronenstrahl geschrieben werden, nur in der Farbe angezeigt, die dem an der Anode eingeprägten Spannungswert entspricht. Wenn Bilder oder alphanumerische Zeichen während einer besonderen Schreibperiode in einer Farbe, beispielsweise in rot, anzuzeigen sind, dann kann bei Beendigung dieser Schreibperiode keine weitere Rotinformation angezeigt werden, bis der Hochspannungsfarbschalter seine vorgewählten Spannungswerte bis zur nächsten Schreibperiode durchlaufen hat, bei der die Rotinformation angezeigt werden kann.

Von besonderem Interesse ist die US 39 06 333 aus dem Jahre 1975, die ein Schalthochspannungsnetzgerät für eine Penetrationskatodenstrahlröhre beschreibt. Bei diesem Netzgerät liegt die Sekundärwicklung eines Hochspannungsaufwärtstransformators in Reihe mit der Anode der Penetrationskatodenstrahlröhre. Die Primärwicklung des Transformators ist mit Masse über einen Kondensator zum Bilden eines Gleichspannungswertes verbunden. Diese Spannung an dem Kondensator wird dem Stelleingang des Schalthochspannungsnetzgerätes zugeführt.

Weiter ist die US 40 92 566 aus dem Jahre 1978 von Interesse. Diese Patentschrift beschreibt ein Hochspannungsnetzgerät zum schnellen Umschalten der an die Anode einer Farbpenetrationskatodenstrahlröhre angelegten Hochspannung. Die Energie zum Ausführen des schnellen Übergangs zwischen Spannungswerten wird in zwei Drosseln gespeichert, einer für Aufwärtsübergänge und einer für Abwärtsübergänge. Wenn die an die Farbpenetrationskatodenstrahlröhre angelegte Spannung geändert werden soll, wird die passende Drossel über einen Steuerschalter mit der Anode verbunden, was zur Folge hat, daß sich die an die Anode angelegte Spannung schnell ändert. Die Spannung steigt an, bis der gewünschte Spannungswert, der einer gewünschten Farbe in Aufwärtsrichtung entspricht, erreicht ist, wobei in diesem Zeitpunkt der Steuerschalter abgeschaltet und die Drossel wieder aufgeladen wird. Ein Mitlaufhochspannungsnetzgerät hält die Anode auf dem vorbestimmten Spannungswert, nachdem dieser Wert erreicht worden ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen kleinen, preiswerten der eingangs genannten Art, zum Ändern des Spannungswertes an der Anode Hochspannungsfarbschalter einer Penetrationskatodenstrahlröhre, die eine relativ kurze Rücksetzperiode zwischen jeweils zwei Schreibperioden hat zu schaffen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Ein besonderes Merkmal des Hochspannungsfarbschalters nach der Erfindung ist, daß die auf der Anode der Penetrationskatodenstrahlröhre gespeicherte elektrische Ladung schnell geändert werden kann, so daß die angezeigte Farbe nach einer kurzen Rücksetzperiode auf eine andere Farbe umgeschaltet werden kann.

Der Hochspannungsfarbschalter nach der Erfindung spart Energie und erzeugt eine relativ geringe Menge an Verlustwärme. Weil er aufgrund seines geringen Wärmeverlustes eine geringe Menge an elektrischer Energie verbraucht, machen die Größe und das Gewicht des Hochspannungsfarbschalters diesen für die Verwendung in einem Flugzeugcockpit od. dgl. attraktiv.

Ein Hochspannungsfarbschalter für eine Penetrationskatodenstrahlröhre hat ein Hochspannungsnetzgerät, das über eine Sekundärwicklung eines Transformators mit der Anode der Penetrationskatodenstrahlröhre verbunden ist. Die Primärwicklung des Transformators ist über ein Tiefpaßfilter mit Masse verbunden. Eine Farbwertinformation wird bei dem Hochspannungsfarbschalter nach der Erfindung der Primärwicklung des Transformators zugeführt und mit der Sekundärwicklung gekoppelt, wo sie mit dem Hochspannungsgleichstromwert aus dem Hochspannungsnetzgerät verknüpft wird, in welchem sie die verschiedenen Gleichstromwerte einstellt, die der Anode zugeführt werden. Eine Rückkopplungsschaltung fühlt den mittleren Gleichspannungswert an der Primärwicklung ab und steuert ihn auf null. Die so beseitigte Gleichspannung wird an die Anode angelegt, indem das Bezugseingangssignal an dem Hochspannungsnetzgerät eingestellt wird, um dessen Hochgleichspannungsausgangswert zu ändern.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform des Hochspannungsfarbschalters nach der Erfindung für eine Penetrationskatodenstrahlröhre und

Fig. 2 ein Diagramm, in welchem stationäre Signalschwingungen an verschiedenen Punkten in der Ausführungsform von Fig. 1 dargestellt sind.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines Hochspannungsfarbschalters für eine Penetrationskatodenstrahlröhre 22. Ein Hochspannungsnetzgerät 10 bekannten Typs ist vorgesehen und über eine Leitung 12 mit einer Seite einer Sekundärwicklung 14 eines Transformators 16 verbunden. Die andere Seite der Sekundärwicklung 14 ist über eine Leitung 18 und einen Dämpfungswiderstand 20 mit der Penetrationskatodenstrahlröhre 22 verbunden. Die Penetrationskatodenstrahlröhre 22 hat eine Anode 24, an die die Hochspannung angelegt wird, was zur Folge hat, daß der Strahl von Elektronen, die durch eine Katode (nicht dargestellt) emittiert werden, welche in dem Röhrenhals angeordnet ist, zu einem Schirmträger 25 hin beschleunigt wird, welcher über der Vorderseite der Penetrationskatodenstrahlröhre angeordnet ist. Auf die Innenfläche des Schirmträgers 25 sind üblicherweise wenigstens zwei Phoshorschichten aufgebracht, von denen jede eine andere Wellenlänge oder Lichtfarbe emittiert, wenn sie durch den Elektronenstrahl angeregt wird. Zu Erläuterungszwecken wird angenommen, daß sich eine Schicht grüner Phosphor und eine Schicht roter Phosphor auf der Innenfläche des Schirmträgers 25 befinden, es ist aber klar, daß Phosphore, die andere Farben emittieren, ebenfalls benutzt werden könnten. Selbstverständlich könnten mehr als zwei Phosphorschichten vorgesehen sein. Die Anode 24 wird durch ein Material hoher elektrischer Leitfähigkeit gebildet, welches umfangsmäßig um die Penetrationskatodenstrahlröhre 22 nahe der Vorderseite derselben angeordnet ist. Wegen ihrer beträchtlichen Größe hat die Anode 24 eine relativ große Kapazität, und der Einfachheit halber ist sie in der Ausführungsform in Fig. 1 als ein Kondensator dargestellt.

Der Transformator 16 hat außerdem eine Primärwicklung 26 und ein vorgewähltes Aufwärtsübersetzungsverhältnis, welches den Kenndaten der Schaltung angepaßt ist. Beispielsweise würde bei einem Aufwärtsübersetzungsverhältnis von 1 : 1000 eine Änderung von 4 V an der Primärwicklung 26 eine Änderung von 4 kV an der Sekundärwicklung 14 ergeben, die falls sie an Masse liegt, zu einem unkorrigierten Spannungshub an der Sekundärwicklung von -2 kV bis +2 kV führen würde. In der hier beschriebenen Ausführungsform ist ein Ende der Primärwicklung 26 mit Masse verbunden, während das andere Ende über eine Leitung 28 mit einer Seite eines Widerstands 30 verbunden ist. Eine Leitung 32 führt von dem anderen Ende des Widerstands 30 zu einer Seite eines Kondensators 34, dessen andere Seite mit Masse verbunden ist. Der Widerstand 30 und der Kondensator 34 wirken gemeinsam als Tiefpaßfilter, das die Spannungsschwingung auf der Leitung 28 an der Primärwicklung 26 im wesentlichen integriert.

Eine ankommende Farbinformation wird dem Hochspannungsfarbschalter auf Leitungen 36 und 38 aus einer äußeren Quelle (nicht dargestellt) geliefert. Es gibt zwar zahlreiche Arten von äußeren Quellen, der Einfachheit halber wird jedoch angenommen, daß es sich bei dem Eingangssignal des Hochspannungsfarbschalters um ein Signal aus zwei Bits handelt, die in der Lage sind, anzugeben, welche von vier Farben durch die Penetrationskatodenstrahlröhre 22 angezeigt werden soll. Dieses Digitalsignal wird an einen D/A-Wandler 40 angelegt, der das Digitalsignal in ein Analogsignal an seinem Ausgang auf einer Leitung 42 umwandelt, das jede der unterscheidbaren vier Farben angeben kann. Ein Wert wird jeweils eine Farbe darstellen. Das Ausgangssignal des D/A-Wandlers 40 wird dann an eine Treiberschaltung 44 in Form eines Operationsverstärkers angelegt, um ein Signal geeigneter Schwingungsform zum Ansteuern der Primärwicklung 26 des Transformators 16 zu bilden.

Ein besonderes Merkmal des hier beschriebenen Hochspannungsfarbschalters ist eine Rückkopplungsschleife, die den mittleren Gleichstromwert der an die Primärwicklung 26 des Transformators 16 angelegten verstärkten Eingangschwingung abfühlt und dann eine entsprechende Verstellung des Ausgangswertes der Treiberschaltung 44 bewirkt, um den Gleichstromwert der Signalschwingung, die der Primärwicklung 26 des Transformators 16 zugeführt wird, auf null zu halten. Die Rückkopplungsschleife enthält einen Operationsverstärker 52 von dessen Eingangsklemmen eine mit der Leitung 32 verbunden ist, um die Gleichstromkomponente in der verstärkten Eingangsschwingung abzufühlen, die an die Primärwicklung 26 angelegt wird. Die andere Eingangsklemme des Operationsverstärkers 52 ist mit Masse verbunden. Der Ausgang des Operationsverstärkers 52 ist über eine Leitung 54 mit einem Eingang des Operationsverstärkers 44 verbunden.

Noch ein weiteres Merkmal des hier beschriebenen Hochspannungsfarbschalters, das im folgenden noch ausführlicher erläutert ist, betrifft das Einstellen des Hochspannungsgleichstromwertes aus dem Hochspannungsnetzgerät 10 auf abgefühlte Gleichstromwertänderungen auf der Leitung 42 aus dem D/A-Wandler 40 hin, was sich aufgrund von Veränderungen des Farbtastverhältnisses ergeben könnte. Zum Vornehmen dieser Einstellung ist eine Leitung 46 mit der Leitung 42 verbunden, um das Ausgangssignal des D/A- Wandlers 40 abzufühlen, und dieses Signal wird an eine Integrationsschaltung 48 angelegt, die ein Tiefpaßfilter enthält. Das Tiefpaßfilter integriert dieses Signal zu einem Gleichstromwert und führt diesen über eine Leitung 50 einer Bezugsklemme des Hochspannungsnetzgerätes 10 zu, um den Wert von dessen Ausgangssignal proportional zu ändern.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird nun die Arbeitsweise des Hochspannungsfarbschalters beschrieben. Zuerst wird auf die linke Hälfte von Fig. 2 Bezug genommen, in der eine Folge dargestellt ist, in welcher der Hochspannungsfarbschalter schrittweise über jede der vier Farben geschaltet wird, wobei die Spannung an der Anode 24 verändert wird, beispielsweise von 10 kV auf 12 kV, von 12 kV auf 16 kV, von 16 kV auf 18 kV und schließlich von 18 kV wieder auf 10 kV. Das Tastverhältnis dieser Signalschwingung ist so, daß die Verweilzeit bei jedem Spannungswert etwa dieselbe ist, so daß es insgesamt keine Änderung in dem Gleichstromwert im Vergleich mit einer Basis von 14 kV gibt.

Als nächstes wird die rechte Hälfte von Fig. 2 betrachtet. Wenn die äußere Quelle ein Digitalsignal liefert, welches anzeigt, daß eine längere Schreibperiode bei einer besonderen Farbe, z. B. rot, benötigt wird, so ist einer solchen unsymmetrischen Schwingung ein mittlerer Gleichstromwert zugeordnet, der ungleich null ist. Bekanntlich kann diese Gleichspannung an der Primärwicklung 26 nicht aufrechterhalten werden. Bei dem hier beschriebenen Hochspannungsfarbschalter ist eine Eingangsklemme des Operationsverstärkers 52 mit der Leitung 32 verbunden, um die Spannung an dem Kondensator 34 zu messen, die dem Gleichstromwert der an die Primärwicklung 26 angelegten verstärkten Eingangsschwingung entspricht. Dieser wird über die Treiberschaltung 44 rückgekoppelt, um den Gleichstromwert der an die Primärwicklung 26 angelegten verstärkten Eingangsschwingung einzustellen. Die Rückkopplungsschleife steuert also den Gleichstromwert der an die Leitung 28 angelegten Spannungsschwingung auf null.

Da die Sekundärwicklung 14 außerdem dieselbe Spannungsschwingung wie an der Primärwicklung 26 bildet, wird diese um einen Gleichstromwert von null von einem negativen auf einen positiven Wert schwingen. Dadurch werden die diskreten Gleichspannungswerte, die an der Anode 24 anliegen, verschoben, was eine Farbverschiebung ergibt, und zwar in Abhängigkeit von dem Farbtastverhältnis. Das Tiefpaßfilter in der Integrationsschaltung 48 fühlt daher außerdem die Änderung in dem Tastverhältnis der Schwingung aus dem D/A-Wandler 40 ab und legt somit einen Spannungswert über die Leitung 50 an das Hochspannungsnetzgerät 10 an, der den von dem Hochspannungsnetzgerät 10 abgegebenen Hochspannungsgleichstromwert entsprechend einstellt. Das stellt an der Anode 24 den durch den Transformator 16 beseitigten Gleichstromwert wieder her.

Claims (4)

1. Hochspannungsfarbschalter für eine Penetrationskatodenstrahlröhre (22) mit einer Anode (24), bei der ein vorgewählter Spannungswert die auf der Penetrationskatodenstrahlröhre (22) anzuzeigende Farbe bestimmt,
mit einem Hochspannungsnetzgerät (10), das einen Ausgang hat, der mit der Anode (24) der Penetrationskatodenstrahlröhre (22) verbunden ist und einen Ausgangsspannungswert liefert, welcher zum Anzeigen einer ersten vorbestimmten Farbe auf der Penetrationskatodenstrahlröhre (22) gewählt wird,
mit einem eine Primärwicklung (26) und eine Sekundärwicklung (14) aufweisenden Transformator (16), dessen Sekundärwicklung (14) zwischen den Ausgang des Hochspannungsnetzgerätes (10) und die Anode (24) der Penetrationskatodenstrahlröhre (22) geschaltet ist, und
mit einer mit der Primärwicklung (26) des Transformators (16) verbundenen Treiberschaltung (44) zum Verstärken einer an einer ersten Eingangsklemme der Treiberschaltung (44) empfangenen Eingangsschwingung zum Anzeigen einer zweiten Farbe auf der Penetrationskatodenstrahlröhre (22),
dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung (26) des Transformators (16) zwischen den Ausgang der Treiberschaltung (44) und Masse geschaltet ist, daß eine Rückkopplungsschaltung (30, 32, 34, 52, 54) mit dem Ausgang der Treiberschaltung (44) verbunden ist, um den Gleichstromwert in der Eingangsschwingung abzufühlen und diesen Gleichstromwert zu einer zweiten Eingangsklemme der Treiberschaltung (44) rückzukoppeln, und daß eine Integrationsschaltung (48) mit einer Bezugsklemme des Hochspannungsnetzgerätes (10) verbunden ist, um die Eingangsschwingung zu einem Gleichstromwert zu integrieren und ein dazu proportionales Signal an das Hochspannungsnetzgerät (10) abzugeben, um dessen Ausgangssignal um ein zu dem Gleichstromwert der Eingangsschwingung proportionales Ausmaß zu ändern.

2. Hochspannungsfarbschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungsschaltung (30, 32, 34, 52, 54) einen Kondensator (34) aufweist, der die an die Primärwicklung (26) des Transformators (16) angelegte verstärkte Eingangsschwingung zu einem Gleichstromwert integriert.

3. Hochspannungsfarbschalter nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Operationsverstärker (52), der zwischen den Kondensator (34) und die zweite Eingangsklemme der Treiberschaltung (44) geschaltet ist, um den Gleichstromwert der verstärkten Eingangsschwingung zu der zweiten Eingangsklemme der Treiberschaltung (44) rückzukoppeln.

4. Hochspannungsfarbschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Integrationsschaltung (48) ein Tiefpaßfilter enthält, welches zwischen die erste Eingangsklemme der Treiberschaltung (44) und die Bezugsklemme des Hochspannungsnetzgerätes (10) geschaltet ist, um den Ausgangsspannungswert des Hochspannungsnetzgerätes (10) proportional zu dem Gleichstromwert der Eingangsschwingung einzustellen.