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Ferromagnetisches Ablenksystem Zur Ablenkung von Elektronenstrahlen
werden vielfach Ablenksystetne verwendet, welche im wesentlichen aus einem ferromagnetischen
Joch bestehen, deren Wicklung von den Ablenkströmen durchflossen wird. Diese Ablenksysteme
sind mit Polschuhen versehen, zwischen denen die abzulenkenden Elektronenstrahlen
verlaufen.
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Bei der Anwendung derartiger Ablenksysteme in Fernsehgeräten und Oszillographen
ergeben sich gewisse Schwierigkeiten, weil bei diesen Anwendungsgebieten besondere
Anforderungen hinsichtlich kleiner Abmessungen des Ablenksystems und möglichst zeitproportionaler
Ablenkung der Elektronenstrahlen gestellt werden. Die Schwierigkeiten werden besonders
hoch, wenn Fernsehbilder mit hoher Bildauflösung, also mit hohen Zeilenzahlen, übertragen
werden sollen. Es sind bereits Ablenkjoche bekannt, bei denen zur Unterdrückung
des Gleichstromflusses die Polschuhe des Joches durch zwei Stege verbunden sind,
wobei auf einem Steg eine Spule; auf dem anderen dagegen ein Kurzschlußring sitzt.
Wird die Spule von einem dem Gleichstrom überlagerten Wechselstrom durchflossen,
dann wird der magnetische Gleichfluß über den Steg mit Kurzschlußring kurzgeschlossen,
während durch die magnetische Kopplung in dem Kurzschlußring ein Strom induziert
und ein Gegenfeld erzeugt wird, so daß der Steg mit Kurzschlußring einen großen
magnetischen Widerstand für den Wechselfluß darstellt.
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Bei diesen Ablenkjochen ist es jedoch nicht möglich, zwischen dem
zeitlichen Verlauf des Ablenkstromes und dem des Ablenkfeldes absolute Ähnlichkeit
zu erzielen, da aus praktischen Gründ___
der Widerstand des Kurzschlußringes
nicht unendlich klein und dessen Zeitkonstante nicht unendlich groß werden kann.
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Es sind weiter Schaltungen bekannt, die jedoch nur unter verhältnismäßig
hohem Aufwand an Schaltelementen einen fehlerlosen linearen Verlauf des Ablenkstromes
erzielen. Es muß zu diesem Zweck entweder die Zeitkonstante der Ablenksystenie sehr
groß gewählt werden, oder es müssen die Kopplungsglieder insbesondere bei der Bildwechselfrequenz
groß gemacht werden (Verstärkerkippschaltungen).
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Die Erfindung bezweckt, durch einfache konstruktive Maßnahmen den
Bau von Ablenkjochen zu ermöglichen, welche die vorerwähnten Nachteile nicht besitzen,
bei denen der zur Herstellung erforderliche Aufwand gering ist, und die auch den
hohen Ansprüchen genügen, welche für Fernsehübertragungen hochzeiliger Bilder sowie
für Präzisionsoszillographen gestellt werden.
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Erfindungsgemäß wird ein ferromagnetisches Ablenksystem zur elektromagnetischen
Ablenkung von Elektronenstrahlen, bei dem sich die Elektronenstrahlröhre zwischen
Polschuhen befindet, derart ausgebildet, daß es zwei parallele Stege besitzt, auf
denen Ablenkspulen angebracht sind, die beide vom Ablenkstrom des Zeitablenkgerätes
durchflossen werden. Hierbei sind die Spulen nur wechselstrommäßig parallel geschaltet,
so daß die Wechselstromkomponente des Ablenkstromes durch beide Spulen fließt, während
die Gleichstromkomponente nur durch die eine Spule fließt. Bei derartig ausgebildeten
Ablenksystemen läßt sich eine absolute Ähnlichkeit zwischen dem zeitlichen Verlauf
des Ablenkstromes und des Ablenkfeldes erzielen und überdies ergibt sich ein besonders
geringer Raumbedarf. Zweckmäßigerweise werden die beiden Erregerspulen des Ablenksystems
parallel geschaltet und mit gleichen Windungszahlen ausgeführt. Durch letztere Maßnahmen
wird das Auftreten von Ausgleichströnien zwischen den Spulen sowie das Auftreten
der hierdurch bewirkten Feldverzerrungen vermieden. Es ist vorteilhaft, den Steg,
welcher die nur von der Wechselstromkomponente des Ablenkstromes durchflossene Spule
trägt, zwischen dem die gleichstromführende Spule tragenden Steg und den Polschuhen
anzuordnen. Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß sich der magnetische Gleichfluß,
welcher in dem von den Polschuhen weiter entfernten Steg erzeugt wird, über den
anderen Steg schließt und daher der zwischen den Polschuhen befindliche Ablenkraum
praktisch frei von Streukraftlinien des magnetischen Gleichflusses bleibt.
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Weitere Vorzüge der Erfindung werden im nachstehenden an Hand der
Ausführungsbeispiele darstellenden Figuren erläutert, wobei alle zum Wesen der Erfindung
nicht notwendigen Einzelheiten der besseren Übersichtlichkeit halber fortgelassen
sind. Es zeigt Fig. i Anordnung und Schaltung eines erfindungsgemäßen Ablenksystems,
Fig. 2 Ersatzschaltbild und Stromverlauf, Fig.3 eine weitere Ausführungsform des
Ablenksystems.
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In Fig. i bedeutet i die Kippröhre, an deren Gitter die Sägezahnspannungen
angelegt werden, 2 das Ablenkjoch mit seinen beiden parallel liegenden Stegen 7
und 8, auf denen die Spulen 3 und 4 angeordnet sind. 5 ist ein Kondensator zur Sperrung
des Gleichstromweges über die Spule 4 und 6 ein Widerstand, der zur Einstellung
der Zeitkonstante des Spulenkreises 3 dient. 9 bedeutet den Schirmgitterkondensator,
io den Schirmgitterwiderstand und i i den Gegenkopplungswiderstand. Gemäß einer
Weiterbildung des Erfindungsgedankens wird nun bei nicht zeitproportionalen Strömen
die Zeitkonstante aus der Streuinduktivität und dem Spulenwiderstand der Spule 4
etwas verschieden von derjenigen der Spule 3 gemacht.
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Unter Streuinduktivität sind dabei die durch die Streufeldlinien der
Spulen 3 und 4 bewirkten Induktivitäten gemeint, die sich durch den Ablenkraum der
Kathodenstrahlröhre schließen. Sie ist nicht zu verwechseln mit der Induktivität,
die durch den Schluß des Kraftflusses über die beiden Stege erhalten wird. Man kann
die Streuinduktivitäten der einzelnen Stege messen, indem man jeweils den anderen
Steg entfernt. Auf diese Weise kann erreicht werden, daß das im Ablenkraum entstehende
Feld gegenüber dem erregenden Strom eine Aufstiegsbeschleunigung oder Aufstiegsverzögerung
erhält, je nachdem, ob dieZeitkonstante R aus Streuinduktivität und Ohmschen Widerstand
des vom Ablenkraum weiter weg liegenden Steges, die größere ist oder diejenige des
dem Ablenkraum benachbart liegenden Steges. Es können somit Nichtlinearitäten des
Kippanstieges auf einfache Weise durch Veränderung eines eingeschalteten Ohmschen
Widerstandes kompensiert werden. Diese Wirkung wird im folgenden näher erläutert.
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Es soll beispielsweise angenommen werden, daß im Extremfall in einem
nicht gekoppelten Spulenzweig eine ideale Induktivität, im anderen jedoch ein Ohmscher
Widerstand liegt. Die Zeitkonstante im Induktivitätszweig ist daher extrem groß,
im Widerstandszweig jedoch extrem klein. Die an die Parallelschaltung angelegte
Impulsspannung, liefert an der Spule einen Sägezahnstrom mit dem Anstieg:
am Ohmschen Widerstand jedoch einen Impulsstrom der Größe
Geht man von diesen Extrernverhältnissen langsam ab, indem man beispielsweise die
Zeitkonstante des Widerstandszweiges vergrößert, so geht der Impulsstrom langsam
in einen Sägezahnstrom über. Diese Verhältnisse sind in Fig. 2 erläutert. Fig. 2
a zeigt die Parallelschaltung einer Spule und eines Qhmschen Widerstandes, die den
Spulen 3 und 4 in Fig. i entsprechen. Fig. 2 b zeigt den Stromverlauf am Widerstand
und Fig.2c denjenigen an der Spule. Die gestrichelten Kurven in Fig. 2 b werden
dadurch erhalten, daß man die Zeitkonstante des Widerstandes langsam vergrößert.
Hat sie beispielsweise
eine Größe erreicht, die den mit i2 bezeichneten
Stromverlauf liefern würde, und setzt man voraus, daß der Summenstrom i aus beiden
Zweigen linear ansteigen soll, so ergibt sich, daß die Stromzeitkurve 'für den Spulenzweig
(vgl. Fig.2a) dein schraffierten Teil nach Fig.2b entsprechen muß. Trägt man die
durch den schraffierten Bereich gegebenen Momentanwerte für i über einer Geraden
auf, so erhält man Fig. 2c. Für den Zweig mit kleiner Zeitkonstante ist somit die
Kurve für den Stromanstieg nach unten konkav (i2 ill Fig. 2 b), während für den
Zweig mit großer Zeitkonstante die Kurve nach oben konkav ist (i, ill Fig. 2c).
Eine Kurve, die nach oben konkav ist, eignet sich zur Kompensation von Stromverzerrtuigen
mit exponentiellem Anstieg.
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lin Falle des gezeichneten Ausführungsbeispiels ist die Lehre gegeben,
daß die schirmnähere Spule4 eine größere Zeitkonstante ihrer Streuinduktivität haben
soll als die Spule 3. Die größere Zeitkonstante bedeutet aber einen nach oben konkaven
Stromanstieg (vgl. die obigen Ausführungen): Da die \Virkung der Spule 4 mit ihrem
nach oben konkaven Stromanstieg auf die Ablenkung größer ist, (1a sie dem Kathodenstrahl
näher ist, als die der Spule 3, deren Stromverlauf gegengekrümmt ist, kann durch
eine derartige Bemessung der Zeitkonstanten neben den übrigen Vorteilen der Zweisteganordnung
eine Kompensation von exponentiellen Stromanstiegen erhalten werden. Entsprechendes
gilt bei umgekehrtem Zeitkonstantenverhältnis der Spulen 3 und 4.
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Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung ist z. B. dadurch
gegeben, daß in einer Verstärkerstufe (vgl. F ig. i), in deren Anodenkreis das erfindungsgemäße
Joch angewandt wird, der Schiringitterkondensator 9 wesentlich kleiner gemacht werden
kann als bei Gleichheit der beiden "Leitkonstanten. Eine Verkleinerung des Schirmgitterkondensators
bringt nämlich eine exponentielle Verzerrung des Sägezahnstromes mit sich, die bei
anderen Anordnungen streng vermieden werden mußte. Da bei der erfindungsgemäßen
Schaltung jedoch eine derartig einfache Kompensationsanordnung für solche Nichtlinearitäten
gegeben ist, kann der Kondensator kleiner gemacht werden, beispielsweise von 12
bis 15 ,uF auf 4,uF. Das bedeutet eine Verkleinerung des Raumbedarfs dieses Kondensators
auf mindestens ein Drittel.
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Fig. 3 zeigt die Anwendung der Erfindung auf ein Joch, welches die
Kathodenstrahlröhre allseitig umschließt. Auf dem ferromagnetischen geschlossenen
Eisenjoch .1 befindet sich das aus den beiden Teilspulen S1 und Si bestehende Zeilenablenksystem
und das aus den beiden Teilspulen S2 und S2 bestehende Bildablenksystem. Die beiden
Teilspulen jedes Systems sind wechselstrommäßig über die Kondensatoren C1 und C2
parallel geschaltet. Die von den beiden Ablenksystemen erzeugten Abletikfelder besitzen
im Ablenkraum die durch die Pfeile angedeutete Richtung. Die von der Gleichstromkomponente
der beiden Ablenkströme durchflossenen Teilspillen S1 und S2 besitzen einen derartigenWicklungssinn,
daß die hierdurch im Eisenjoch erzeugten Gleichfelder 0,1 und 012 denselben Richtungssinn
haben.
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Infolgedessen schließt sich der magnetische Gleichfluß über das Eisenjoch,
und im Ablenkraum ist praktisch kein Streufeld der Gleichstromkomponente vorhanden.
Der Wicklungssinn, der von der halben Wechselstromkomponente durchflossenen und
gleichstromfreien zweiten Teilspule jedes Ablenksystems ist hingegen derart gewählt,
daß die von den beiden Teilspulen jedes Systems induzierten Wechselfelder 0",i und
0,1,2 gegeneinander gerichtet sind und sich daher über den vom Ablenkjoch eingeschlossenen
Ablenkraum A durch die Luft schließen.
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Um jegliche Streuung des magnetischen Gleichfeldes durch den Luftraum
zu vermeiden, ist es zweckmäßig, die vom Gleichstrom durchflossenen Windungen auf
dem Jochumfang so zu verteilen, daß an jeder Stelle derselbe magnetische Fluß herrscht.
Bedingung hierfür ist, daß an jeder Stelle
| n i - # uF= COnst ist. Cn - i =
Amperewindung ' |
| Längeneinheit |
Permeabilität, F = Jochquerschnitt).. Das Joch kann auch als Ring ausgeführt werden.
Windungszahl und Zeitkonstante der Teilspulen des gleichen Systems müssen einander
gleich sein, da sonst Ausgleichströme und Feldverzerrungen entstehen.