DE3780860T2 - Leistungszufuhr nach bedarf in einem strahlenablenksystem fuer schirme von kathodenstrahlroehren mit geschalteter bildfrequenzspeisespannung. - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf Ablenkeinrichtungen für Kathodenstrahlröhren und insbesondere auf Anzeigesysteme mit elektromagnetischer Ablenkung für die Kathodenstrahlröhre im Vektorbetrieb sowie im periodischen Rasterbetrieb. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Systeme mit dualen Ablenkverstärkern, welche zwecks Verringerung der Umlaufzeit im Vektorbetrieb und zwecks Verringerung der Leistungsaufnahme während des Rasterbetriebs eine erhöhte Ablenkspannung liefern. Die Erfindung hat besonderen, jedoch nicht ausschließlichen Bezug zu Anzeigesystemen für bordeigene Navigationseinrichtungen.
• Der Leistungswirkungsgrad einer Ablenkeinrichtung, die sowohl Rasteraufzeichnung als auch Vektoraufzeichnung wiedergibt, ist wegen der hohen, für eine angemessene Schreibgeschwindigkeit, erforderlichen Spulentreiberspannungen relativ gering. Es ergibt sich eine beträchtliche Erhöhung der Leistungsaufnahme, wenn beispielsweise bordeigene, hochgualifizierte Navigationsanzeigen eine vergrößerte Anzeigefläche und mehr anzuzeigende Informationen erfordern. Da der Ablenkspulentreiber einen wesentlichen Anteil der gesamten Anzeigeleistung verbraucht, ist es erwünscht, den Leistungswirkungsgrad der Ablenkeinrichtung zu erhöhen.
• Eine primäre Anforderung an Ablenkverstärker für elektromagnetisch abgelenkte Kathodenstrahlröhren besteht darin, daß er genau gesteuerte Ströme an die Ablenkspulen liefern muß, um einen linearen Betrieb zu gewährleisten und ein Minimum an Leistung zu verbrauchen. Die Ablenkeinheit der Kathodenstrahlröhre ist im wesentlichen eine Induktivität, so daß die erforderliche Versorgungsspannung durch die gewünschte Ablenktreiberausgangsspannung L di/dt + iR bestimmt ist. Da die Ablenkfrequenz bei Rasterablenkung im allgemeinen wesentlich höher ist als bei Vektorablenkung, sind die Versorgungsspannungen für Rasterablenkung entsprechend höher. Je umfangreicher die von der Anzeigeeinrichtung während einer Vektorperiode darzustellende Information ist, um so höher ist die erforderliche Umlaufgeschwindigkeit und um so größer die benötigte Spitzenleistung. Im Stand der Technik war die Leistungsverringerung begrenzt auf das Umschalten der Spulenablenkspannungen auf einen niedrigeren Wert, während der Vektorablenkperiode als während der Rasterablenkperiode, sowie durch Verwendung eines Rücklaufrasters während des Strahlrücklaufs. Ein Gerät mit für diesen Zweck geeigneter Schaltung ist in US-A 3 965 390 dargestellt.
• Bei einem Rücklaufraster wird in jeder Rasterzeile für den Rücklauf und die Strahlberuhigung eine Zeitspanne benötigt. Diese Zeit kann bis zu 10% der gesamten Rasterzeit betragen. Die für den Rücklauf benötigte Leistung stellt im wesentlichen Verlustleistung dar. Außerdem werden höhere Versorgungsspannungen benötigt, um die Rücklaufzeit zu verringern, wodurch sich ein erhöhter Energieverbrauch ergibt. Durch Verwendung eines Zweirichtungs-Rasters, d.h. durch Schreiben abwechselnder Zeilen des Rasters in entgegengesetzter Richtung, kann zusätzliche Information während der Rücklaufperiode angezeigt werden, ohne hierdurch die Versorgungsspannungen zu erhöhen.
• In US-A 3 887 842 ist eine Anzeige mit elektromagnetischer Ablenkung beschrieben, welche mit beliebigem Vektorbetrieb sowie mit Rasterbetrieb arbeiten kann und wo eine höhere Ablenkspannung während der Schwenkzeit angelegt wird als während der Rasterzeit und wo die Systemleistung durch einen vorgegebenen Mittelwert während der Vektordarstellung begrenzt wird.
• Die vorliegende Erfindung ist in den beigefügten Ansprüchen gekennzeichnet und liefert eine Einrichtung zur Verringerung der Leistung sowohl während der Rasterdarstellung als auch während der Vektordarstellung. Die Erfindung unterscheidet sich vom Stand der Technik durch Umschalten der dem Spulentreiber während der Rasterablenkperiode zugeführten Leistung auf einen minimalen Leistungspegel, wie er von der Ablenkkurvenform benötigt wird, sowie durch Umschalten der Versorgungspegel zwischen dem Rasterbetrieb und dem Vektorablenkbetrieb. Die oben erwähnte US-A 3 965 390 schaltet die Leistungszufuhr während der Vektorperiode um bewirkt aber keine Verbesserung des Wirkungsgrades während der Rasterablenkung. Die vorliegende Erfindung ist nützlich sowohl in Rücklaufrastersystemen als auch in Zweirichtungs- Rastersystemen.
• Ein magnetisches Elektronenstrahlablenksystem gemäß der Erfindung für eine Kathodenstrahlröhre liefert eine lineare Ablenkung in einem Vektorbetrieb und in einem Rasterbetrieb, wobei der Vektorbetrieb eine beliebige Ablenkung des Strahls und der Rasterbetrieb eine periodische Ablenkung des Strahls bewirkt. Das System kann eine auf ein Ablenksignal ansprechende Vorverstärker-Eingangsstufe aufweisen, und außerdem eine an den Ausgang des Vorverstärkers angeschlossene Ausgangsstufe zum Ansteuern der Ablenkeinheit, wobei in die Ablenkspule ein dem Ablenksignal proportionaler Strom eingespeist wird und wodurch der Elektronenstrahl in einer Richtung entsprechend der Kurvenform des Ablenksignals abgelenkt wird. Ferner kann eine Schaltersteuerung vorhanden sein für den Empfang von Raster/Vektorbetriebs-Signalen, welche zur Stromversorgung für die Treiberstufen aus Spannungsquellen unterschiedlicher Polarität und vorgegebener Größe an mehrere Schalter angeschlossen ist. Im Vektorbetrieb werden Spannungen relativ geringer Amplitude und von entgegengesetzter Polarität über entsprechende Schalter zur Versorgung der Treiberstufe verwendet. Im Rasterbetrieb werden Spannungen vorgegebener Amplitude, aber größer als während des Vektorbetriebs zur Versorgung der Treiberstufe zugeführt, wobei Spannungen positiver und negativer Polarität abwechselnd nacheinander der Treiberstufe zugeleitet werden, um Ausgangsgrößen entsprechend der gewünschten Amplitude und vorgegebenen Ablenkrichtung des Elektronenstrahls zu liefern. Die Schaltersteuerung aktiviert in Übereinstimmung mit dem Raster/Vektor-Steuersignal und der gewünschten Ablenkrichtung des Elektronenstrahls abwechselnd und nacheinander Schalterpaare entsprechend den gewünschten im Vektoroder Rasterbetrieb zuzuführenden Spannungen.
• Ein magnetisches Elektronenstrahlablenksystem für eine Kathodenstrahlröhre und entsprechend der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend im einzelnen als Beispiel mit Bezug auf die beiliegenden Zeichntingen beschrieben. Darin zeigt:
• Fig. 1 eine graphische Darstellung der Kurvenform des Stroms durch die Ablenkeinheit in einem
• Rücklaufablenksystem sowie die sich hieraus ergebende Rasterspur auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre;
• Fig. 2 eine graphische Darstellung der Kurvenform des Stroms durch die Ablenkeinheit sowie die entsprechende Rasterkurve auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre bei einer Zweirichtungs-Rasterdarstellung;
• die Fig. 3a, 3b, und 3c graphische Darstellungen der Steuersignale sowie der Ablenksignale während der Vektor- und der Rasterablenkperioden gemäß vorliegender Erfindung;
• Fig. 4 das Blockschaltbild einer elektromagnetischen Ablenktreiberschaltung gemäß der Erfindung; und
• die Fig. 5a - 5e graphische Darstellungen der Kurvenformen an verschiedenen Punkten der Schaltung gemäß Figur 4.
• Wie Figur 1 zeigt, besteht ein herkömmliches Einzelrichtungsrasterablenksignal aus einer Sägezahnkurve für die Energieversorgung der Ablenkeinheit und zwar aus einem Teil 2, währenddessen der Ablenkstrom linear von positiven auf negative Werte abnimmt und einem zweiten Teil 4, währenddessen der Ablenkstrom plötzlich von einem Spitzenwert auf einen positiven Spitzenwert ansteigt. Wie in dem Muster auf der Kathodenstrahlröhre dargestellt, entpricht eine relativ lange Zeitspanne der Vorwärtsablenkung des Elektronenstrahls und eine relativ kurze Zeitperiode dem Rücklaufsignal, währenddessen der Elektronenstrahl zur gegenüberliegenden Seite des Schirms der Kathodenstrahlröhre zurückläuft, wo dann sein Vorwärtslauf erneut beginnt. Der Strahl wird während der Rücklaufperiode normalerweise ausgetastet. Da während der Rücklaufperiode keine nützlichen Daten dargestellt werden und diese Periode bis zu 10% oder mehr der gesamten Rasterablenkzeit betragen kann, ist der Rücklaufanteil des Abtastvorgangs für die Datenwiedergabe nicht zugängig und führt zu zusätzlichen Energieverlusten.
• Figur 2 zeigt ein Zweirichtungs-Rastersystem, bei dem Daten auf abwechselnden Rasterzeilen geschrieben werden, wenn der Strahl in entgegengesetzter Richtung abgelenkt wird. Der Ablenkspulenstrom hat folglich die Form einer dreieckförmigen Kurvenform mit praktisch gleichen Zeitperioden für den Vor lauf 6 und den Rücklauf 8. Während des Vorlaufs 6 wird der Spulenstrom von einer positiven zur negativen Polarität getrieben und während des Rücklaufs 8 von einer negativen zu einer positiven Polarität. Die vorgenannten Beispiele dienen nur der Veranschaulichung und können entsprechend abgewandelt werden, um den Elektronenstrahl in jeder beliebigen Richtung zu steuern, einschließlich vertikaler und horizontaler Rastermuster. Aus dem Muster auf der Kathodenstrahlröhre gemäß Figur 2 ist ersichtlich, daß der Vorlauf 6 und der Rücklauf 8 sich über gleiche Zeitintervalle erstrecken und daß nur eine kleine, in Wirklichkeit minimale Zeitspanne benötigt wird, um den Elektronenstrahl am Ende eines Abtastintervalls in eine Position abzulenken, von der aus die nächste Zeile abgetastet wird. Folglich geht während der Austastlücken nur ein Minimum an Leistung verloren, und sowohl die Vorwärts- als auch die Rückwärtsablenkung kann zur Wiedergabe von Daten benutzt werden.
• Aus Figur 3a ist ersichtlich, daß ein Anzeigebild aus zwei aufeinanderfolgenden, ineinander verschachtelten Teilbildern oder Feldern, nämlich dem Feld 1 und dem Feld 2 besteht, die vorzugsweise mit einer Frequenz von 80 Hz wiederholt werden. Jedes Feld ist in eine Vektorperiode und eine Rasterperiode unterteilt, wobei während der Vektorperiode das Ablenksignal aperiodisch in Form des Kurvensegments 48 auftritt, während die Rasterperiode aus 256 Zeilen besteht, die sich entsprechend der Kurvenform 50 wiederholen. Die gestrichelten Teile der Kurvenform stellen Diskontinuitäten dar, weil aus Gründen der Übersichtlichkeit nur Teile der entsprechenden Kurvenformen wiedergegeben sind. Nach Abschluß der Rasterperiode im Feld 1 wird das Feld 2 erzeugt, welches, wie im Feld 1, aus einer Vektorperiode 52 und einer Rasterperiode 53 besteht. Die aufeinanderfolgende Wiedergabe der Felder 1 und 2 bildet einen Rahmen oder ein Bild, welches dann wiederholt wird. Die das Vektorsignal im Feld 2 wiedergebende Kurvenform 52 kann von der Kurvenform 48 abweichen, weil sich die gewünschten Anzeigesymbole von Feld zu Feld ändern können. Während das Ablenksignal während der Rasterablenkung periodisch ist, ist es während der Vektorablenkung wegen der zufälligen Natur der befohlenen Ablenkung des Kathodenstrahls aperiodisch.
• Wie in Figur 4 gezeigt, besteht das Strahlablenksystem mit Leistungszufuhr entsprechend der Anforderung gemäß der Erfindung aus einem Eingangsstufen-Ablenkvorverstärker 10, einer Gegentakt-Ausgangstreiberstufe 12 , einer auf einer nicht dargestellten Kathodenstrahlröhre befestigten Ablenkeinheit L und einem Ablenkstrom-Meßwiderstand R. Wie oben erwähnt, ist die während des Vektorbetriebs benötigte Auslenkgeschwindigkeit im allgemeinen wesentlich geringer als die während des Rasterbetriebs erforderliche Strahlgeschwindigkeit. Dies ermöglicht es, der Treiberschaltung 12 eine Quelle niedrigerer Spannung zuzuordnen, wodurch sich entsprechende Energieeinsparungen während des Vektorbetriebs ergeben. Weitere Einsparungen werden gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß während des Rasterbetriebs entsprechend der Richtung der Strahlablenkung die dem Treiber 12 zugeführten Spannungen umgeschaltet werden. Diese Umschaltung erfolgt synchron mit der Ablenkkurvenform in einer noch zu beschreibenden Weise.
• Ein Eingangssignal EIN entsprechend der gewünschten Strahlablenkung wird an der Klemme 14 einem herkömmlichen Summierpunkt 16 zugeleitet. Das Ausgangssignal des Summierpunkts 16 wird vom Ablenkvorverstärker 10 verstärkt, der ein verstärktes Signal an die Treiberschaltung 12 liefert. Die Treiberstufe 12 ist vorzugsweise eine Gegentaktschaltung und arbeitet in herkömmlicher Weise mit einem an die Ablenkeinheit L angeschlossenen Ausgang. Der Vorverstärker 10 und der Treiber 12 werden in ihrem linearen Arbeitsbereich betrieben, so daß der der Ablenkeinheit L zugeführte Strom das Ablenksignal EIN wiedergibt. Zur Gewährleistung von Linearität wird ein durch den Serienwiderstand R fließender Teil des Spulenstroms zur Erzeugung einer Rückführspannung benutzt, welche über die Leitung 18 dem Summierpunkt 16 zugeleitet wird. Die dem Summierpunkt 16 zugeführten Spannungen haben entgegengesetzte Polarität, daß jede Linearitätsabweichung des Ausgangssignals an der Ablenkeinheit L derart rückgeführt wird, daß das resultierende Treibersignal linearisiert wird.
• Der Ablenkverstärker 10 in Figur 4 kann im Rasterbetrieb oder im Vektorbetrieb arbeiten. Im Rasterbetrieb sind die erforderlichen Schreibgeschwindigkeiten typischerweise vielfach höher als die im Vektorbetrieb benötigten. Dies verlangt eine höhere Stromänderungsgeschwindigkeit in der Ablenkeinheit und folglich eine höhere Versorgungsspannung.
• Im Vektorbetrieb wird eine positive Spannung +VS einem Schalter 20 zugeleitet und von dort über einen Verbindungspunkt 22 zur Stromversorgung der Treiberschaltung 12 benutzt. Eine entsprechende Spannung -VS entgegengesetzter Polarität wird einem Schalter 24 und von dort über einen Verbindungspunkt 26 dem Treiber 12 zugeführt. Diese Versorgungsspannungen betragen typischerweise ±22V Gleichstrom.
• Bei Rasterbetrieb verbindet der Schalter 28 eine Spannung positiver Polarität aus der Spannungsquelle +VR mit dem Verbindungspunkt 22, von wo aus sie der Treiberschaltung 12 zugeleitet wird. Ein Schalter 30 legt eine negative Spannung von Wert -VR an einen Verbindungspunkt 26 und von dort an den Treiber 12. Diese Versorgungsspannungen betragen üblicherweise ±68V Gleichspannung.
• Ein Gleichrichter, beispielsweise eine Diode 32, ist mit ihrer Kathode an den Verbindungspunkt 22 angeschlossen und mit ihrer Anode an die Spannungsquelle -VS. In entsprechender Weise liegt eine Diode 34 mit ihrer Anode am Verbindungspunkt 26 und mit ihrer Kathode an der Spannungsquelle +VS. Die Dioden 32 und 34 dienen der Ankopplung der Spannungsquellen -VS bzw. +VS im Rasterbetrieb an die Treiberschaltung 12, wie dies noch zu beschreiben ist.
• Eine Schaltersteuerung 36 und ein Inverter 38 werden von einem Signal R/S an der Klemme 40 derart eingeschaltet, daß nacheinander und abwechselnd zwei Schalter 28 und 30 bei Rasterbetrieb und Schalter 20 und 24 während des Vektorbetriebs aktiviert werden. Die Schaltersteuerung 36 empfängt ferner ein Signal mit noch zu beschreibender Funktion über die Leitung 46 vom Ausgang der Treiberschaltung 12. Der Inverter 38 erhält sein Eingangssignal von der Klemme 40 und steuert die Schalter 20 und 24.
• Die Schalter 20, 24, 28 und 30 können übliche Halbleiterelemente aufweisen, die entweder für Sättigungsbetrieb oder Abschaltbetrieb vorgespannt sind, wie dies in der oben erwähnten US-A 3 965 390 beschrieben ist. Die Schaltersteuerung 36 kann herkömmliche Logikgatter enthalten.
• Im Betrieb steht ein für die gewünschte Strahlablenkkurvenform kennzeichnendes Signal an der Klemme 14. Dieses Signal wird vom Ablenkvorverstärker 10 verstärkt, der ein verstärktes Signal über die Leitung 13 an den Ausgangstreiber 12 liefert. Der Vorverstärker wird in herkömmlicher Weise aus zwei Spannungsquellen +VR und -VR versorgt. Der Ausgang des Treibers 12 steht über die Leitung 15 mit der Ablenkeinheit L in Verbindung, wobei ein positiver Strom I durch die Pfeilrichtung in Figur 4 angezeigt ist. Der Ablenkstrom fließt ferner durch einen an den Verbindungspunkt 17 angeschlossenen Widerstand R. Der Spannungsabfall am Widerstand R wird in Form eines geschlossenen Regelkreises dem Summierer 16 zugeführt, wo er algebraisch vom Eingangssignal EIN subtrahiert und ein Fehlersignal EE an den Vorverstärker 10 abgegeben wird. Die Regelschleife stellt sicher, daß der Strom durch die Ablenkeinheit L eine lineare Wiedergabe des dem Eingang 14 zugeführten Ablenksignals ist.
• Betrachtet man jetzt Figur 3b unter gleichzeitigem Bezug auf Figur 4, so besteht das der Eingangsklemme 40 zugeführte Raster/Vektor-Betriebs-Steuersignal R/S aus einer rechteckförmigen Kurve. Während der Vektorperiode 54 liegt das Signal R/S auf einem niedrigen logischen Pegel. Während der Rasterperiode 56 nimmt das Signal einen hohen Logikpegel an. Dieses Signal wird über die Leitung 37 dem Inverter 38 zugeführt, so daß ein einen Rasterbefehl kennzeichnendes logisches Hochpegelsignal am Eingang 40 ein Niedrigpegelsignal am Verbindungspunkt 47 ergibt und die an dieser Verbindung 47 an den Inverter angeschlossenen Schalter 20 und 24 nicht aktiviert werden. Während des Rasterbetriebs wird das dem Eingang 40 zugeführte Signal jedoch auch der Schaltersteuerung 36 zugeleitet, die hierdurch die Aktivierung der Schalter 28 und 30 bewirkt, und zwar in Erfüllung eines erforderlichen Eingangssignals vom Ausgang des Treibers 12 auf der Leitung 46. Folglich wird jederzeit nur ein Spannungsquellen positiver und negativer Polarität zur Verfügung stellendes Schalterpaar eingeschaltet und zwar in Übereinstimmung mit dem jeweiligen Abtastbetrieb.
• Wie Figur 3c zeigt, wird während der Rasterperiode ein vom Treiber 12 abgeleitetes periodisches Schaltsignal sychron mit der Rasterabtastung der Leitung 46 zugeführt. Das Schaltsignal hat die Aufgabe, die Anschaltung von Stromquellen veränderlicher Amplitude und Polarität an den Ablenkverstärker zu bewirken, um eine erhöhte Drehgeschwindigkeit und Leistungseffektivität zu erzielen.
• In Figur 5a ist die für eine Zweirichtungs- Rasterablenkung erforderliche Kurvenform des Stroms durch die Ablenkeinheit wiedergegeben. Wird das Raster in einer ersten vorgegebenen Richtung abgetastet, so steigt der Ablenkstrom in positiver Richtung längs der Kurve 66, 68. Wenn das Raster in einer zweiten vorgegebenen Richtung abgetastet werden und der Abtaststrahl praktisch an seine Anfangsposition zurückkehren soll, verläuft der Strom in der Ablenkeinheit in negativer oder absteigender Richtung längs der Kurve 62, 64. Die zur Erzeugung des gewünschten Ablenkstroms erforderliche Spannung ergibt sich aus der bekannten Formel:
• V = L di/dt + IR , (1)
• wobei L = Induktivität der Ablenkeinheit
• I = Strom durch die Ablenkeinheit
• R = Widerstand der Ablenkeinheit.
• Da sich di/dt für diese Strom-Kurvenform bei einem Zweirichtungs-Raster von positiven auf negative Werte ändert, muß sich auch die Ausgangsspannung des Spulentreibers 12 von positiven auf negative Werte ändern. Die erforderliche Treiberausgangsspannung ist in Figur 5b wiedergegeben. Ist die Neigung des Spulenstroms 66, 68 positiv, so wird eine positive Treiberausgangsspannung benötigt. Ist die Neigung des Ablenkstroms 62, 64 negativ, so wird eine negative Treiberausgangsspannung gefordert. Somit können entsprechende Spannungen dem Spulentreiber 12 ohne störende Beeinträchtigung des Spulentreiberbetriebs zugeführt werden, wobei ein wirtschaftlicher Energieverbrauch erzielt wird. Die Treiberausgangsspannung wird zum Betätigen der Schaltersteuerung 36 benutzt, um die während des Rasterbetriebs zugeführten Spannungen zu ändern.
• Mit erneutem Bezug auf Figur 3b sowie fortdauerendem Bezug auf die Figuren 4 und 5a wird die Vektorperiode durch das Raster/Vektorsignal R/S während des negativ gerichteten Impulses 54 eingeleitet. Der Schalter 20 wird durch den Inverter 38 aktiviert und schaltet die Stromversorgung +VS an den Verbindungspunkt 22 sowie an die Klemme 58 des Treibers 12 durch. Gleichzeitig wird vom Inverter 38 auch der Schalter 24 aktiviert, und die Spannungsquelle -VS wird über den Schalter 24 mit dem Verbindungspunkt 26 sowie einer Klemme 60 des Treibers 12 verbunden. Da der Treiber 12 üblicherweise ein Gegentaktverstärker ist, werden die Spannungen an den Klemmen 58 und 60 üblicherweise den Kollektoren von NPN- und PNP-Transistoren zugeleitet, wie dies im Emitter-Folgeverstärker lO der oben erwähnten US-A 3 965 390 der Fall ist. Da im Vektorbetrieb das Eingangssignal für die Schaltsteuerung 36 ein logisches Niederpegelsignal ist, sind die Schalter 28 und 30 gesperrt, und folglich die Spannungsquellen +VR und -VR daran gehindert, der Treiberschaltung 12 zugeführt zu werden. Zur gleichen Zeit sind die Dioden 32 und 34 durch die Spannungsquellen -VS bzw. +VS in Rückwärtsrichtung derart vorgespannt, daß nur die zuvor beschriebenen Spannungen dem Treiber 12 zugeleitet werden.
• Bei Rasterbetrieb legt das Signal R/S ein logisches Hochpegelsignal 56 an den Inverter 38, wodurch die Schalter 20 und 24 deaktiviert werden und die Spannungsquellen +VS und -VS vom Treiber 12 abschalten. Das Signal R/S wird ferner der Schaltersteuerung 36 zugeführt, wodurch die Schalter 28 und 30 nacheinander und alternativ durch das Treiberausgangssignal auf der Leitung 46 geschlossen werden. Diese Arbeitsweise läßt sich durch die nachfolgende Analyse des Stromflusses durch die Ablenkeinheit noch besser erklären.
• Betrachtet wird die Kurvenform im Abschnitt 62 in Figur 5a, wo ein Spulenstrom in positiver Richtung nach Masse und in seiner Amplitude abnehmend fließt. An der mit 61 bezeichneten positiven Spitze der dreieckförmigen Spulenkurvenform wird der Schalter 30 durch die Schaltersteuerung 36 eingeschaltet, sobald diese durch die Treiberspannung auf der Leitung 46 von einem zunehmenden Spulenstrom in einen abnehmenden Spulenstrom übergeht. Gleichzeitig wird der Schalter 28 gesperrt. Figur 3c zeigt den Zustand der Schalter 28 und 30 entsprechend dem Raster/Vektorsignal aus Figur 3b und dem Spulenablenksignal gemäß Figur 3a. Somit sieht man, daß während der negativen Neigung 51 des Rasters der Schalter 30 geschlossen ist, während der Schalter 28 offen ist. Die Stromversorgung -VR wird auch über den Schalter 30 und den Verbindungspunkt 26 an die Klemme 60 des Treibers 12 gelegt. Die Diode 34 ist in Sperrichtung vorgespannt durch eine Spannung von -68V, welche ihrer Anode von der Spannungsversorgung -VR zugeführt wird, sowie durch eine Spannung von +22V, welche ihrer Kathode von der Stromversorgung +VS zugeleitet wird. Da der Strom durch die Ablenkeinheit in positiver Richtung fließt, wenn auch mit abnehmender Amplitude, muß er vom Gegentakttreiber 12 über die Spule L nach Masse fließen. Die Diode 32 ist in Vorwärtsrichtung vorgespannt. Folglich besteht ein Stromweg von -VS über die Diode 32 zur Klemme 38 und vom Treiberausgang über die Leitung 15 durch die Ablenkspule L und den Widerstand R nach Masse. Da die Schalter 20 und 24 durch das Signal des Inverters 38 gesperrt sind, fließt kein Strom von der Klemme +VS zur Klemme 58 und auch nicht von -VS zur Klemme 60 des Treibers 12.
• Betrachtet man nunmehr den Abschnitt 64 der Kurvenform gemäß Figur 5a, wo der Spulenstrom in negativer Richtung ansteigt, so ist der Stromfluß durch die Spule L reversiert. Da der Schalter 30 eingeschaltet und der Schalter 28 gesperrt ist, muß der Strom von Masse aufwärts durch die Spule L längs der Leitung 15 zum Treiber 12 fließen und von dort durch die untere Klemme 60 zur Stromversorgung -VR. Die Diode 34 bleibt in Rückwärtsrichtung vorgespannt, während durch die Diode 32 kein Strom fließt, weil durch den oberen Teil des Treibers 12 ebenfalls kein Strom fließt.
• Kehrt das Spulenablenksignal seine Richtung um, wie dies in Figur 3a an der Flanke 55 des Rastersignals geschieht, so wird der Schalter 30 geöffnet und der Schalter 28 geschlossen. Die entsprechenden dem Treiber 12 zugeleiteten Kurvenformen sind in den Figuren 5c und 5d wiedergegeben zusammen mit der resultierenden Treiberausgangsspannung in Figur 5b. Dies geschieht am Punkt 65, wo der Spulenstrom seine Neigung umkehrt und damit die Schaltersteuerung 36 so ansteuert, daß der Schalter 28 geschlossen und der Schalter 30 entsprechend Figur 3c geöffnet wird. Im Kurvenpunkt 66 bei positiver Neigung bleibt der Strom negativ und fließt somit weiterhin aufwärts durch die Spule L, wobei seine Amplitude kleiner wird. Die Versorgungsspannung +68V wird über den Schalter 28 an den Verbindungspunkt 22 und die Klemme 58 des Treibers 12 gelegt. Die negative Spannung -22V von der Klemme -VS an der Anode und die Spannung von +68V an der Kathode ergibt eine Vorspannung in Rückwärtsrichtung für die Diode 32. Figur 5b zeigt, daß ein positives Potential von etwa 50 bis 60V vom Spulentreiber 12 an die Spule L gelegt wird. Da der Strom durch die Spule L in negativer Richtung verläuft, muß er durch die Leitung 15 zum Treiber 12 und durch die Klemme 60 in den Verbindungspunkt 26 fließen. Da die Schalter 24 und 30 abgeschaltet sind, setzt sich der Stromweg durch die Diode 34 zur Stromversorgung +VS fort. Die Diode 34 ist durch +60V an der Anode und +22V an der Kathode in Vorwärtsrichtung vorgespannt.
• Der Stromzyklus wird vervollständigt durch das Segment 68 in Figur 5a. Hier hat der Spulenstrom seine Richtung erneut umgekehrt und ist nun positiv, während der Schalter 28 geschlossen und der Schalter 30 gesperrt bleibt. Da der Strom in positiver Richtung fließt, muß er durch den oberen Teil des Treibers 12 fließen. Die Diode 32 bleibt in Gegenrichtung vorgespannt, so daß durch sie kein Strom fließt. Außerdem fließt auch kein Strom durch die Diode 34, weil die Schalter 24 und 30 gesperrt sind und kein Strom in positiver Richtung durch den unteren Teil des Treibers 12 fließen kann. Der Stromweg verläuft deshalb von der Stromversorgung +VR durch den Schalter 28 zum Verbindungspunkt 22. Er folgt dann dem Stromweg zur Klemme 58 des Treibers und über die Leitung 15 zur Spule L sowie den Widerstand R nach Masse.
• Man sieht aus den Figuren, daß zur Erzeugung der geforderten Treiberausgangsspannungen Versorgungsspannungen +VR und +VS den Verbindungspunkten 22 bzw. 26 während der positiven Neigung des Spulenstroms zugeführt werden und daß Versorgungsspannungen -VS und -VR während der negativen geneigten Kurventeile des Spulenstroms zugeleitet werden. Somit muß zur Erzeugung der gewünschten Treiberspannung die Versorgungsspannung +VR in ihrer Amplitude im Sinne einer positiven Polarität größer sein als die Versorgungsspannung +VS, und die Spannung VR muß in ihrer Amplitude im Sinne einer negativen Polarität größer sein als die Versorgungsspannung -VS. Es ist zu beachten, daß die Treiberspannung von einer rechteckförmigen Kurvenform abweicht. Die Neigung der erforderlichen, in Figur 5b dargestellten Treiberausgangsspannung wird benötigt, um den Treiberstrom im Hinblick auf den Spannungsabfall im Rückkopplungswiderstand R sowie den Innenwiderstand der Spule L bei zunehmendem oder abnehmendem Spulenstrom zu linearisieren.
• Es ist ferner ersichtlich, daß im Rasterbetrieb während Teilen jedes Zyklus des Spulenstroms die in der Spule gespeicherte Energie in die Stromversorgungsquellen -VS oder +VS zurückgeliefert wird. Dies geschieht beginnend mit dem Zeitpunkt, zu dem der Schalter 30 abgeschaltet wird bis der Spulenstrom von negativen auf positive Werte übergeht, wie dies im schattierten Segment 70 in Figur 5e gezeigt wird, sowie wenn der Schalter 28 im Zeitpunkt 61 gemäß Figur 5a abgeschaltet wird bis der Strom sich von positiven auf negative Werte ändert, wie im Segment 72 der Figur 5e. Die schattierten Segmente in Figur 5e stellen die Energierückgewinnung für die Stromversorgung dar. Nimmt man Werte von ±68V und ±22V für die Stromversorgungen sowie einen Spitzenspulenstrom von 3A an, so würde ein herkömmliches Strahlablenksystem ohne Rasterspannungsumschaltung 102W verbrauchen, während die vorliegende Erfindung nur 34,5W benötigt, unter der Voraussetzung, daß durch die Schaltkreiskomponenten oder Schaltzeiten keine Verluste bedingt sind.

Claims (9)

1. Magnetisches Elektronenstrahlablenksystem für eine Kathodenstrahlröhre, welche zur linearen Ablenkung in einem Vektorbetrieb mit beliebiger Strahlablenkung und in einem Rasterbetrieb mit periodischer Strahlablenkung in einem Folgemuster von Rasterzeilen steuerbar betrieben werden kann und dabei umfaßt:

- eine Eingangsschaltung (16, 10) für den Empfang einer die gewünschte Ablenkung des Strahls angebenden Eingangssignals und zur Erzeugung eines vom Eingangssignal abhängigen Ausgangssignals;

- eine das Ausgangssignal empfangende Ausgangsschaltung (12) zum Erzeugen eines weiteren Ausgangssignals zum Steuern des Stroms durch eine auf den Elektronenstrahl einwirkende Ablenkspule (L) und zum Bewirken einer gewünschten Strahlablenkung in einer vorgegebenen Richtung entsprechend der Polarität des weiteren Ausgangssignals;

- erste und zweite Rasterbetriebsschalter (28, 30), deren Ausgänge als Eingänge an die Ausgangsschaltung (12) angeschlossen sind, sowie erste und zweite Vektorbetriebsschalter (20, 24), deren Ausgänge ebenfalls als Eingänge an die Ausgangsschaltung angeschlossen sind;

- Vektorspannungsquellen vorgegebener Amplitude einer ersten Polarität (+VS) und einer entgegengesetzten Polarität (-VS), welche im Vektorbetrieb an den ersten bzw. den zweiten Vektorbetriebsschalter (20, 24) gelegt werden;

- Rasterspannungsquellen einer weiteren vorgegebenen Amplitude, die größer ist als die erstgenannte vorgegebene Amplitude, und mit einer ersten Polarität (+VR) bzw. einer entgegengesetztzen Polarität (-VR), die im Rasterbetrieb an den ersten und zweiten Rasterbetriebsschaltern (28, 30) gelegt werden; und

- eine Schaltersteuereinrichtung (36); dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltersteuereinrichtung (36) zur aufeinanderfolgenden Einschaltung des Vektorbetriebs und des Rasterbetriebs auf ein Raster/Vektorsignal anspricht und ferner zum abwechselnden Aktivieren und Sperren des ersten und zweiten Rasterbetriebsschalters (28, 30) im Rasterbetrieb auf das weitere Ausgangssignal der Ausgangsschaltung (12) anspricht, wenn entsprechend der Polarität des weiteren Ausgangssignals die Rasterzeilen erzeugt werden, sowie zum Aktivieren und Sperren des ersten und zweiten Vektorbetriebsschalters (20, 24) bei Vektorbetrieb;

- und daß das System ferner eine erste Koppeleinrichtung (32) umfaßt zum Ankoppeln des Ausgangs der Ausgangsschaltung (12) an eine der Vektorspannungsquellen (-VS), wenn einer der ersten und zweiten Rasterbetriebsschalter (28, 30) im Rasterbetrieb beim Erzeugen der Rasterzeilen gesperrt ist.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltersteuereinrichtung (36) Logikgatter zum sequentiellen und abwechselnden Einschalten des ersten und des zweiten Vektorbetriebsschalters (20, 24) bei Vektorbetrieb sowie des ersten und zweiten Rasterbetriebsschalters (28, 30) bei Rasterbetrieb umfaßt und daß die Schaltersteuereinrichtung weiterhin auf das eine vorgegebene Richtung der Strahlablenkung anzeigende weitere Ausgangssignal der Ausgangsschaltung (12) anspricht, wobei der erste und der zweite Rasterbetriebsschalter (28, 30) sowie der erste und zweite Vektorbetriebsschalter (20, 24) Rasterspannungen größerer Amplitude anlegen als die Spannungen entsprechender Polarität im Vektorbetrieb.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rasterbetrieb im Einwegrücklaufmodus abläuft.

4. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rasterbetrieb im Doppelwegabtastmodus abläuft.

5. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß einer der ersten und zweiten Rasterbetriebsschalter (28, 30) an eine Spannungsquelle positiver Polarität angeschlossen ist.

6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der andere der ersten und zweiten Rasterbetriebsschalter (28, 30) an eine Spannungsquelle negativer Polarität angeschlossen ist.

7. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

- der erste Rasterbetriebsschalter (28) erste und zweite Anschlüsse aufweist, wobei der erste Anschluß mit der Rasterbetriebsspannung positiver Polarität (+VR) und der zweite Anschluß zur Versorgung der Ausgangsschaltung (12) angeschlossen ist zwecks Ablenkung des Elektronenstrahls in einer ersten vorgegebenen Richtung, wenn der erste Rasterbetriebsschalter (28) im Rasterbetrieb durch die Schaltersteuereinrichtung (36) aktiviert ist;

- der erste Vektorbetriebsschalter (20) erste und zweite Anschlüsse aufweist, wobei der erste Anschluß mit einer Vektorspannungsquelle positiver Polarität (+VS) verbunden ist und der zweite Anschluß mit dem zweiten Anschluß des ersten Rasterbetriebsschalters (28) in Verbindung steht, sowie der erste Rasterbetriebsschalter auf das Raster/Vektorsignal anspricht, um im Vektorbetrieb die Ausgangsschaltung (12) einzuschalten;

- der zweite Rasterbetriebsschalter (30) erste und zweite Anschlüsse aufweist, wobei der erste Anschluß eine Rasterspannung negativer Polarität (-VR) empfängt und der zweite Anschluß die Ausgangsschaltung aktiviert zur Ablenkung des Elektronenstrahls in einer zweiten vorgegebenen Richtung, sobald der zweite Rasterbetriebsschalter (30) im Rasterbetrieb durch die Schaltersteuereinrichtung (36) eingeschaltet ist;

- der zweite Vektorbetriebsschalter (24) erste und zweite Anschlüsse aufweist, wobei der erste Anschluß mit einer Vektorbetriebsspannung negativer Polarität (-VS) verbunden und der zweite Anschluß an den zweiten Anschluß des zweiten Rasterbetriebsschalters (60) angeschlossen ist, und der zweite Vektorbetriebsschalter (24) auf das Raster/Vektorsignal anspricht, um die Ausgangsschaltung (12) im Vektorbetrieb einzuschalten;

- die erste Koppeleinrichtung einen ersten Richtleiter (32) umfaßt, dessen Kathode mit dem zweiten Anschluß des ersten Rasterbetriebsschalters (28) sowie dem ersten Vektorbetriebsschalter (20) verbunden ist und dessen Anode mit der Vektorspannungsquelle negativer Polarität (-VS) sowie dem ersten Anschluß des zweiten Vektorbetriebsschalters (24) in Verbindung steht zwecks Ankopplung der Ausgangsschaltung (12) an die Vektorbetriebsspannung entgegengesetzter Polarität, sobald der erste Rasterbetriebsschalter (28) durch die Schaltersteuereinrichtung (36) gesperrt ist;

- der erste und der zweite Rasterbetriebsschalter (28, 30) bei Rasterbetrieb abwechselnd durchgeschaltet werden und der erste und zweite Vektorbetriebsschalter (20, 24) bei Vektorbetrieb ständig durchgeschaltet sind;

- sowie dadurch gekennzeichnet, daß das System eine zweite Koppeleinrichtung mit einem zweiten Richtleiter (34) aufweist, dessen Anode an den zweiten Anschluß des zweiten Rasterbetriebsschalters (30) sowie an den zweiten Vektorbetriebsschalter (24) angeschlossen ist und dessen Kathode an die Vektorspannungsquelle positiver Polarität (+VS), sowie den ersten Anschluß des ersten Vektorbetriebsschalters (20) angeschlossen ist, um die Ausgangsschaltung (12) an die Vektorspannung erster Polarität anzuschließen, sobald der zweite Rasterbetriebsschalter (20) durch die Schaltersteuereinrichtung (36) gesperrt ist.

8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner eine zweite Koppeleinrichtung (34) zum Ankoppeln der Ausgangsschaltung (12) an die andere Vektorspannungsquelle umfaßt, wenn der andere der ersten und zweiten Rasterbetriebsschalter (28, 30) im Rasterbetrieb gesperrt ist und die Rasterzeilen erzeugt werden.

9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Koppeleinrichtungen erste und zweite Dioden (32, 34) enthalten.