DEP0022664DA - Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Gleichspannungen - Google Patents

Description

Für mache Zwecke ist es erforderlich, über eine Quelle hoher Gleichspannungen zu verfügen, die von einem nur geringen Strom belastet wird. Dies ist insbesondere der Fall bei der Speisung von Kathodenstrahlröhren z.B. Fernsehröhren, bei denen Anodenspannungen von einigen Zehnern Kilovolt verwendet werden, während die Stromabnahme nur von der Grössenordnung von 100 (MY)Amp ist.

Der üblichen Art der zur Erzeugung dieser Spannungen durch das Aufwärtstransformieren und Gleichrichten der Netzspannung und das darauf folgende Abflachen der gleichgerichteten Spannung haften verschiedene Nachteile an; die niedrige Betriebsfrequenz und die Tatsache, dass mit Rücksicht auf die mechanische Bearbeitbarkeit der Transformtordraht nicht beliebig dünn gewählt werden kann, führen zu einem verhältnismässig grossen Kupfer- und Eisenvolumen des Transformators und wegen der niedrigen Betriebsfrequenz sind verhältnismässig grosse Abflachkondensatoren erforderlich, um die restliche Wechselstromkomponenete der gleichgerichteten Spannung auf einen zulässigen Wert herabzusetzen.

Es ist bekannt, die für die Speisung einer Fernsehröhre erforderlich hohe Gleichspannung den Zeilenzeitablenksystem des Fernsehempfängers zu entnehmen. Dabei wird die Erscheinung benutzt, dass während des Zeilenrückschlags an den Zeilenablenkspulen oder an dem Transformator, mit dem diese Spulen verbunden ind, sehr hohe Spannungen auftreten können, die nach erfolgter Gleichrichtung und Abflachung für die Speisung der Anode einer Fernsehröhre hinreichend sind.

Dieser Anordnung haften mehrere Nachteile an. Bei der üblichen Bemessung des Zeilenzeitablenksystems sind die Spannungsimpulse in der Regel nicht höher als 5 bis 6 Kilovolt, sodass wesentlich höher liegende Speisespannungen nur auf Kosten einer unpraktischen Bemessung der Zeilenzeitablenkschaltung erzeugt werden können. Die Zeilenrückschlagzeit wird ausserdem durch die Sonderbelastung des Zeilenzeitablenksystems wegen der Gleichrichterschaltung erhöht. Bei einer Aenderung der Zeilenamplitude zwecks Einstellung der Länge der Zeilen des wiedergegebenen Bildes wird sich schliesslich auch die erzeugte Hochspannung der Kathodenstrahlröhre ändern, was eine Defokussierung herbeiführt.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass sich die günstigste Bemessung als Zeilenzeitablenkschaltung nicht vereinigen lässt.

In einer Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Gleichspannungen, insbesondere zur Speisung von Kathodenstrahlröhren, die durch Gleichrichtung der Spannungsimpulse erhalten werden, welche an einer mit parallel geschalteten Kapazität auftreten, wenn in ihr periodisch ein Strom erzeugt und unterbrochen wird, wird nach der Erfindung die Zeit, während der Strom in der Induktivität erzeugt wird, kleiner gemacht als die Zeit, während der Strom unterbrochen ist. Die periodische Erzeugung und Unterbrechung des durch die Induktivität fliessenden Stromes kann in bekannter Weise z.B. dadurch erfolgen, dass die Spule in den Anodenkreis einer Verstärkerröhre, vorzugsweise des Penthodentyps, eingeschaltet wird und dem Steuergitter dieser Röhre eine Sägezahnspannung zugeführt wird. Würde diese Schaltung als Zeilenzeitablenksystem verwendet, so müsste die Gittervorspannung derart eingestellt sein, dass während der ganzen Periode der sägezahnförmigen Steuergitterspannung Anodenstrom durch die Röhre flösse. Folglich wäre die Spannungsquelle, welche die Anodengleichspannung der Röhre liefert, immer belastet und der Energieverbrauch wäre dementsprechend. Wenn diese Schaltung aber nur zur Erzeugung der Gleichspannung verwendet wird und nach der Erfindung die Gittervorspannung derart eingestellt wird, dass nur während eines verhältnismässig kleinen Teiles der Periode der sägezahnförmigen Steuergitterspannung Anodenstrom fliesst, so wird die Anoden- spannungsquelle weniger belastet und der Energieverbrauch ist daher geringer.

Durch die Wahl einer genügend grossen Amplitude der sägezahnförmigen Steuergitterspannung kann erreicht werden, dass das Gitter im Augenblick, in dem der Anodenstrom unterbrochen wird, so stark negativ gemacht wird, dass der Anodenstrom gesperrt bleibt trotz der Tatsache, dass die Anodenspannung in diesem Augenblick infolge der an der Induktivität auftretenden Spannung sehr gross wird.

Die Erfindung wird an Hand der beiligenden Zeichnung näher erläutert.

Die in Figur 1 dargestellte Schaltungsanordnung besitzt eine Röhre B, vorzugsweise des Penthodentyps, die über einen Kopplungskondensator C(sub)g von einem Sägezahngenerator G gesteuert wird. Das Steuergitter der Röhre B erhält über einen Gitterableitungswiderstand R(sub)g eine negative Vorspannung E(sub)g. Im Anodenkreis von B liegt eine Induktivität L, die von einer Kapazität C(sub)p überbrückt ist, welche aus der Eigenkapazität der Induktivität L und der Kapazität der übrigen mit dieser Induktivität verbundenen Schaltelemente bestehen kann. Die Schaltung wird von einer Anodenbatterie V(sub)b gespeist. Ferner ist eine Anode D angebracht, die zum Gleichrichten der über die Induktivität L auftretenden Spannungsimpulse dient. Die gleichgerichtete Spannung tritt an einem Abflachkondensator C(sub)h auf, zu dem die durch einen Widerstand R(sub)h wiedergegebene Belastung parallelgeschaltet ist.

Zur Erklärung der Wirkung der Schaltung sind in Figur 3 die in Figur 1 dargestellten Ströme i(sub)a, i und i(sub)d und die Spannung V als Funktion der Zeit dargestellt.

Durch eine geeignete Wahl der Gittervorspannung K(sub)S und der Amplitude der Sägezahnspannung des Generators S wird erreicht, das der Anodenstrom i(sub)a während eines Teiles der auf den Sägezahnrückschlag folgenden Sägezahnperiode unterbrochen ist. Da nach der Unterbrechung des Anodenstroms sehr hohe positive Anodenspannungen auftreten können, sodass eine grosse negative Gitterspannung erforderlich ist, um den Anodenstrom gesperrt zu halten, muss die Gitterspannung V(sub)g während dieser Zeit genügend negativ gemacht werden, wie es in Figur 2 dargestellt ist.

Während einer vollständigen Sägezahnperiode lassen sich folgende Intervalle unterscheiden:

1) Akkumulationsintervall t(sub)1 kleiner t kleiner t(sub)2

Während dieses Intervalls wächst der Anodenstrom von o bis i(sub)o an, so dass in der Spule L eine magnetische Energie <Formel> akkumuliert wird. Während dieses Intervalls nimmt die Anodenspannung v zu, da an der Spule eine Gegenspannung (Delta) V(sub)a auftritt (siehe Figur 3, Kurve V).

2) Aufschwingintervall t(sub)2 kleiner t kleiner t(sub)3

Im Augenblick t(sub)2 wird der Anodenstrom i(sub)a plötzlich unterbrochen. Die in diesem Augenblick in L vorhandene Energie wird nun anfangen, zwischen der Induktivität L und der Parallelkapazität C(sub)p hin und herzu- schwingen. Die Schwingung ist naturgemäss durch Verluste in der Spule gedämpft. Die Amplitude V(sub)o, zu welcher die Spannung an der Induktivität aufschwingt ist annähernd durch gegeben, wo V(sub)b gegenüber V(sub)o vernachlässigt ist. Diese Spannung wird aber nicht erreicht, da, sobald V den Wert V(sub)h, das ist die an den Kondensator

C(sub)h herrschende Spannung erreicht, der Gleichrichter D leitend wird.

3) Gleichrichterintervall t(sub)3 kleiner t kleiner t(sub)4

Im Augenblick t(sub)3 wird V = V(sub)h und D wird leitend, vorausgesetzt, dass C(sub)h so gross ist, dass die an ihm auftretenden Spannungsänderungen vernachlässigbar sind und dass der Gleichrichter D einen sehr kleinen inneren Widerstand hat. Während dieses Intervalls tritt sodann eine konstante Spannung an der Induktivität L auf, sodass der Strom i, der im vorhergehenden Intervall kosinusförmig von dem Wert 1(sub)o nach 0 zu abnahm, gemäss der Tangente zu diesem Teil der Kosinuskurve verläuft (siehe Figur 3, Kurve i). Da, wenn V konstant ist, der Strom C(sub)p gleich 0 ist, wird der Strom i(sub)d durch den Gleichrichter die Form eines Dreieckimpulses erhalten (siehe Figur 3, Kurve i(sub)d). Sobald i(sub)d und daher auch i den Wert 0 erreicht haben (Moment t(sub)4), hört die Leitfähigkeit des Gleichrichters auf.

4) Ausschwingintervall t(sub)4 kleiner t kleiner t(sub)5

Die Anfangsverhältnisse für dieses Intervall sind i = o, v = v(sub)h. Mit diesen Anfangswerten wird der Kreis LC(sub)p darauf ausschwingen und zwar gedämpft durch den Widerstand der Spule L. Eine etwa im Augenblick t(sub)5 noch vorhandene Schwingung wird, sobald die Röhre B in diesem Augenblick wieder geöffnet wird, vom inneren Widerstand dieser Röhre schnell gedämpft.

Darauf wiederholt sich der beschriebene Prozess periodisch.

In Figur 3 ist angenommen, dass der Anodenstrom i(sub)a während des Akkumulationsintervalls von o bis i(sub)o linear anwächst. Der Stromanstieg kann aber in Abhängigkeit von der Kurvenform der von Generator G gelieferten Steuerspannung auch auf andere Weise erfolgen; die Wirkung der Schaltung bleibt aber im Uebrigen unverändert.

Mann kann dem Gitter der Röhre <Nicht lesbar> z.B. auch rechteckförmige Spannungsimpulse zuführen. In diesem Falle wird der Anodenstrom l(sub)a dennoch keinen rechteckigen Verlauf haben, da die Anodenspannung der Röhre B so weit herabsinkt, dass die Röhre steil im aufwärstgehenden Teil der Anodenstrom-Anodenspannungscharakteristik wirkt. Der Anodenstrom wird dann mehr oder weniger sägezahnförmig verlaufen.

Auch kann man sich vorstellen, dass die Röhre B durch einen mechanischen Schalter ersetzt wird, der im Intervall t(sub)l kleiner t kleiner t(sub)2 geschlossen und im Intervall t(sub)2 kleiner t kleiner t(sub)5 geöffnet ist.

Unabhängig von der Weise, auf welche des Anodenstrom von o bis i(sub)o zuwächst, wird aber die Spannung an der Induktivität L während des Akkumulationsintervalls die Batteriespannung V(sub)b nicht übersteigen können, sodass gilt: daher auch oder wo (Alpha) T derjenige Teil einer vollständigen Sägezahnperiode ist, in dem Anodenstrom durch die Röhre B fliesst.

Da <Formel> ist, wenn f die Frequenz der Sägezahnschwingung des Generators G darstellt, so gilt: und so gilt gleichfalls, dass wenn V(sub)o die (bei Nullast) erreichbare maximale Nachspannung ist. Aus l und ß werden nun folgende Bedingungen abgeleitet:

Die Frequenz der von G zugeführten Sägezanhschwingung ist daher an eine obere Grenze gebunden; deren Grösse wird im Nachfolgenden an einen der Praxis entnommenen Beispiel berechnet werden:

Nehmen wir an, dass man eine Hochspannung V(sub)o=

10 Kilovolt mittels einer Penthodenröhre erzeugen will, die maximal einen Strom i(sub)o= 100 ml liefern kann. Die verfügbare Batteriespannung V(sub)b setzten wird gleich 250 V.

In der Praxis ergibt sich, dass die parasitären Kapazitäten parallel zur Induktivität L mit O(sub)p = 45 pF angenommen werden müssen. Daraus folgt für die Betriebsfrequenz

f = 5000 Hz,

was 2 bis 3 mal niedriger ist als die beim Fernsehen üblichen Zeilenfrequenzen.

Da in normalen Apparaten V(sub)b vorzugsweise nicht höher als der erwähnte Betrag von 250 V gewählt wird und C(sub)p nicht herabgesetzt werden kann, würde die einzige Möglichkeit, die gleiche Hochspannung von 10 Kilovolt dem vorhandenen Zeilenzeitablenksystem zu entnehmen, darin bestehen, daß man i(sub)o 2 bis 3 mal höher als oben angenommen wählt. Die Schaltung ist dann aber als Zeitablenkschaltung übermessen und es ist einleuchtend, dass für einen zwei- bis dreimal grösseren Anodenstrom wesentlich teurere Röhren verwendet werden müssen.

Bei der Anwendung der Schaltungsanordnung nach der Erfindung in einem Fernsehapparat wird daher die Betriebsfrequenz wesentlich niedriger als die Zeilenfrequenz gewählt, sodass die Anforderung 3 bei einer praktisch brauchbaren Bemessung erfüllt werden kann. Dies bedeutet, dass im Fernsehapparat die Steuerspannung der Röhre B nicht dem vorhandenen Zeilenzeitablenksystem, sondern einem besonderen Generator entnommen werden muss, der im allgemeinen von sehr einfacher und sehr billiger Bauart sein kann, und daß auch eine röhre B geringerer Leistung verwendbar ist, die daher gleichfalls billig ist.

Die Verwendung eines besonderen Generators G bringt ferner den Vorteil mit sich, dass der Faktor (Alpha) niedriger gewählt werden kann, als es bei der Zeilenzeitablenkschaltung möglich ist. Auf diese Weise wird erreicht, dass der mittlere von der Anodenquelle V(sub)b gelieferte Strom, der durch gegeben ist, herabgesetzt wird, woraus sich eine grössere Wirksamkeit der Schaltung ergibt. Bei Zeilenzeitablenkschaltungen, bei denen die Röhre während des ganzen Schlags einen sägezahnförmigen Strom liefert und nur während des Rückschlags gesperrt ist, wird nämlich (Alpha) wenigstens 0,9 sein, da der Rückschlag kleiner ist als 0,1 der Sägezahnperiode.

Bei der Schaltungsanordnung nach der Erfindung werden nicht, wie bei einem Zeilenzeitablenksystem Anforderungen hinsichtlich der Kurvenform des durch die Spule L fliessenden Stromes gestellt und der Faktor (Alpha) kann wesentlich niedriger, z.B. 0,1 bis 0,5 gewählt werden, was nach (4) zu einer wesentlichen Herabsetzung der von der Anodenspeisequelle V(sub)b gelieferten Leistung führt.

Claims (3)

1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Gleichspannungen, insbesondere für die Speisung von Kathodenstrahlröhren, welche durch Gleichrichtung der Spannungsimpulse erhalten werden, die an einer Induktivität mit parallel geschalteter Kapazität auftreten, wenn in ihr periodisch ein Strom erzeugt und unterbrochen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeit, während der Strom in der Induktivität erzeugt wird, kleiner ist als die Zeit, während welcher Strom unterbrochen ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, bei welcher der durch die Induktivität fliessende Strom dadurch periodisch erzeugt und unterbrochen wird, dass die Spule in den Anodenkreis einer Elektronenröhre eingeschaltet ist, an deren Steuergitter eine negative Vorspannung und eine Steuerspannung, deren Richtung periodisch plötzlich umkehrt, wirksam sind, dadurch gekennzeichnet, dass die negative Vorspannung und die Amplitude der Steuerspannung derart gewählt sind, dass die Zeit, während welcher der Anodenstrom unterdrückt ist.

3. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 oder 2, die in einem Fernsehapparat zur Speisung der Kathodenstrahlröhre verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz, mit welcher der durch die Induktivität fliessende Strom periodisch unterbrochen wird, kleiner ist als die Zeilenfrequenz.