NO143334B - Koblingsanordning for frembringelse av en sagtannformet avboeyningsstroem gjennom en linjeavboeyningsspole - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en koplingsanordning for frembringelse av en sagtannformet avbøyningsstrøm gjennom en linje--avbøyningsspole i et bildegjengivelsesapparat, omfattende et av-bøyningsnettverk som inneholder avbøyningsspolen, en fremløps-kondensator og en tilbakeløpskondensator og en første diode gjennom hvilken avbøyningsstrømmen flyter under en del av fremløpsinter-vallet, men under resten av fremløpsintervallet flyter denne strøm, gjennom en andre diode og en styrbar bryter,hvilken diode 'og bry-fcer ligger parallelt med- den første diode, samt et induktivt element som er forbundet med bryteren og via en tredje diode er forbundet med avbøyningsnettverket, og en transformator med en kjerne av magnetisk materiale og en vikling som i serie med en kondensator er koplet med avbøyningsnettverket.

En slik koplingsanordning er beskrevet i "IEEE Transactions on Broadcast and Television Receivers", August 1972, bind BTR-18, nr. 3, side 177 til 182, og er en kombinasjon av en linjeavbøyningskrets og en høyspenningstabiliseringskrets med en styrbar bryter for å utføre begge funksjoner. Denne kjente koplingsanordning har den fordel at den kan mates med en ustabilisert matespenning og er i stand til å levere en tilfredsstillende stabilisert avbøyningsstrøm, en stabilisert høyspenning, og hvis ønskelig hjelpespenninger, idet stabiliseringen oppnås ved styring av bryterens ledende intervall.

Når en slik anordning skal konstrueres, oppstår blant andre tre følgende problemer . For det første må det sørges for at den maksimale spenning som opptrer over bryteren (en transistor) under tilbakeløpstiden ikke overskrider en tillatelig grenseverdi for dette element. Por det andre må'variasjonen av transistorens ledende intervall måtte kunne tilpasses matespenningsvariasjoner som kan ventes. For det tredje må den (stabiliserte) fremløps-kondensatorspenning som tilføres avbøyningsspolen under fremløps-tiden være valgbar for ved en gitt avbøyningsspole bestemmer denne spenning styrken av avbøyningsstrømmen som frembringes.

Disse problemer er ikke uavhengig av hverandre. Hvis f.eks. fremløpsspenningen er lav, vil også den maksimale kollektorspenning på transistoren være lav, og kan ytterligere minskes ved å gjøre transistorens ledende intervall så kort som mulig. Det er derfor klart at flere frihetsgrader er ønskelig. En frihetsgrad står til rådighet i en viss grad, nemlig omsetningsforholdet mellom to viklinger i det induktive element, av hvilke den ene er forbundet mellom en klemme av matespenningskilden og forbindelsespunktet mellom kollektoren og den andre diode, mens den andre vikling som er forbundet med den første er forbundet med den tredje diode, idet valget av dette forhold muliggjør et friere valg av fremløps-spenningen. De to andre problemer, særlig det med maksimal kollektor-

spenning, løses ikke på denne måte.

Hensikten med oppfinnelsen er å tilveiebringe en koplingsanordning med en eller flere grader av frihet som muliggjør at den maksimale tillatte kollektorspenning kan velges fritt. Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved at det induktive element via den-tredje diode er forbundet med seriekoplingen av den ovenfor nevnte seriekondensator og en del av transformatorviklingen.

Innføringen av en ny parameter muliggjør ikke bare at den maksimale kollektorspenning kan minskes uten at fremløpsspen-ningen påvirkes, men muliggjør også tilpasning til et større område av matespenningsvariasjoner. Ved oppfinnelsen kan man derfor oppnå en koplingsanordning hvor de. nevnte fordringer kan tilfreds-stilles samtidig.

Ved en mulig innførelse hvor det induktive element har en vikling, kan denne vikling ifølge oppfinnelsen være viklet på trans formatorkj ernen.

Ytterligere trekk ved oppfinnelsen vil fremgå av kravene 2-5.

Oppfinnelsen skal nedenfor beskrives nærmere under hen-visning til tegningene. Fig. 1 viser et koplingsskjema for de viktigste elementer ved en utførelse av koplingsanordningen ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 viser bølgeformer for spenninger i anordningen på fig. 1. Fig. 3 viser grafiske fremstillinger som kan anvendes for valg av parametere.

Fig. 4 viser et koplingsskjema for en modifisert del

av anordningen på fig. 1.

Koplingsanordningen på fig. 1 omfatter et drivtrinn

Dr som tilføres signaler fra en linjeoscillator som ikke er vist, og som leverer koplingspulser til basisen i koplingstransistoren Tr. En ende av primærviklingen i transformatoren T^ er forbundet med kollektoren i transistoren Tr, som er av npn-typen, idet den andre ende av viklingen er forbundet med den positive klemme av en likespenningskilde B hvis negative klemme er forbundet med emitteren i transistoren Tr. Denne negative klemme kan være forbundet med jord i koplingsanordningen.

En fremløpskondensator C. er serieforbundet med en linjeavbøyningsspole L «yi bildegjengivelsesapparatet som ikke er vist, og som danner en del av koplingsanordningen på fig. 1,

og denne seriekopling er parallellforbundet med en diode D-^, og--med en tilbakeløpskondensator C^. Kondensatoren C rkan alterna-

tivt være parallellkoplet med spolen L . Disse fire elementer representerer bare basiselementene i avbøyningsdelen. Denne del kan f.eks. på i og for seg kjent måte være forsynt med en eller flere transformatorer for innbyrdes kopling av elementene, med innretningen for sentrering og lineæritetskorreksjon og lignende.

En sekundærvikling på transformatoren T, er forbundet

med anoden i en diode D^ og anoden i en diode D ? er forbundet med forbindelsespunktet A mellom elementene D, , Cr og L . Katoden i dioden er forbundet med kollektoren i transistoren T mens katoden i dioden D^ er forbundet med et uttak Q på en vikling

i transformatoren T2> En ende av viklingen er forbundet med et punkt A og den andre ende er forbundet med jord via en kondensator C^. Kjernen i transformatoren Tp har ytterligere viklinger over

hvilke spenninger frembringes som tjener til matespenninger for andre komponenter i bildegjengivelsesapparatet. Fig. 1 viser en av disse viklinger Lj, som ved hjelp av en likeretter D^ leverer en positiv likeppenning over en utjevningskondensator C^. En av disse viklinger, f.eks. viklingen , er høyspenningsvikling slik at spenningen over kondensatoren er høyspenningen for sluttanoden i det ikke viste bilderør. Den frie ende av viklingene L2 og Lj,

er forbundet med jord og vikleretningen for disse viklinger er antydet med et punkt på fig. 1.

Virkemåten av koplingsanordningen svarer til den som

er beskrevet i den ovenfor nevnte artikkel og kan summeres opp som følger. Under en første del av linjefremløpstiden er dioden D^ ledende.. Spenningen over kondensatoren Ct tilføres avbøynings-

spolen L gjennom hvilken en sagtannformet avbøyningsstrøm i flyter. I et gitt øyeblikk blir transistoren T rledende. Til-

nærmet midt i fremløpstiden reverseres retningen av strømmen i og dioden D^ sperres, slik at strømmen i nå flyter gjennom dioden D2 og transistoren Tr. Ved slutten av fremløpstiden blir transistoren Tr sperret. Som følge herav frembringes en svingning, nemlig

tilbakeløpspulsen over kondensatoren C , idet energien som utledes fra kilden B og lagres i viklingen L, bevirker at en strøm flyter gjennom dioden D^. Når spenningen over kondensatoren Cr igjen er null, blir dioden D^ ledende igjen, hvilket er begynnelsen av en ny fremløpstid. Dioden D^ forblir ledene inntil transistoren Tr igjen blir ledende, idet energien som er lagret i viklingen L2 overføres til viklingen L^. Stabiliseringen oppnås f.eks. ved at spenningen over kondensatoren C. ledes tilbake til drivtrinnet Dr i hvilket en sammenligningsinnretning og en modulator sikrer at det ledende intervall for transistoren Tr varierer slik at den nevnte spenning og dermed amplituden av av-bøyningsstrømmen bibeholdes konstant. Sammenlignet med den kjente anordning hvor katoden i dioden D^ er forbundet med punktet A istedetfor med uttaket Q;er arbeidsmåten forskjellig, nemlig som følger. I den kjente anordning vil strømmen som passerer dioden D^ flyte til jord via dioden D^ under den første del av fræmløps-tiden. I koplingsanordningen på fig. 1 vil i det samme tidsrom energi lagres i seriekoplingen L^, C^. Spenningen vA over kondensatoren Cr, spenningen vc på kollektoren i transistoren Tp og spenningen v^ over viklingen L, er tegnet opp på fig. 2a, 2b og 2c. T betegner en linjeperiode x^ indikerer tilbakeløpstiden, x2 betegner den del av tiden T i hvilken transistoren Tr er sperret, og = { T indikerer den del av tidsrommet T i hvilken transistoren er ledende. 6 er forholdet mellom x^ og T.

Spenningen v^ består av tilbakeløpspulsen med amplituden V under tidsrommet x^ og er null i tidsrommet Tg. I det øyeblikk transistoren Tr blir ledende, dvs. på tidspunktet t1

som er overgangen mellom x2 og x^> blir spenningen v^ praktisk talt null. Spenningen Vg for kilden B opptrer da over viklingen

Ved koplingsanordningen på fig. 1 er to forhold viktig, nemlig omsetningsforholdet mellom viklingene L, og L2, dvs. forholdet mellom antall vindinger i viklingene L, og L2 som er lik l:p, og forholdet mellom vindingstallet for hele spolen og den del av denne spole som ligger mellom uttaket Q og enden som er forbundet med kondensatoren C^, og som er l:m. Det skal først an-tas at punktene Q og A er det samme (m = 1).

Under tidsrommet t, er spenningen over viklingen L»

lik -pVg. Under tidsrommet t1 er spenningen vc lik — + Vg.

P

Hvis VQ er likespenningen over kondensatoren C^, og kapasiteten

av denne kondensator er stor nok, eller likespenningskomponenten for spenningen over denne kondensator hvis den har forholdsvis liten kapasitet på grunn av S-korreksjonen, vil den være lik den midlere verdi av spenningen v^, for ingen likespenningskomponent kan opptre over spolen L «y. Kondensatoren C. har en stor kapasitet, slik at en likespenning lik Vq opptrer over denne. Det kan da settes opp følgende uttrykk:

Den midlere verdi av spenningen over viklingen er altså null, slik at uttrykket blir:

Her kan integralet byttes ut og man får:

Ved en gitt verdi av forholdene 6 og p vil dioden D være ledende i tidsrommet t^. Da dioden D^ er ledende i dette tidsrom, vil viklingene L, og L2 være kortsluttet av diodene D^

og D^ og bevirke en begrensning av tilbakeløpspulsene over kondensatoren Cp og avbøyningsstrømmen blir forvrengt. Hollandsk patent-søknad nr. 7.303.252 beskriver forholdsregler for å unngå en slik virkning f.eks. ved i serie med dioden D^ å legge en transistor som er sperret i tidsrommet t-^. En kondensator C-, er forbundet mellom endene av viklingene L og Lp eller mellom uttakene på disse for å hindre opptreden av parasittsvingninger som kan frembringes som følge av lekkasjeinduksjon mellom viklingene som med-fører at ingen linjefrekvensspenning dannes over kondensatoren C^.

Fig. 1 viser tilfellet hvor p < 1.

Den maksimale verdi av kollektorspenningen Vq for transistoren er lik:

hvor aer forholdet V som er avhengig av tilbakeløpsforholdet

<?>0

z = . Den maksimale verdi av v oppnås når Vn har sin maksimale verdi V„ , og da er a lik a . , fordi av uttrykket (1)

B max' ° min' følger at a og Vg er invers proporsjonal med hverandre fordi spenningen Vq holdes konstant.

Spenningen Vq kan vefelges ved valg av forholdet p, slik at avbøyningsstrømmen i bestemmes for en gitt avbøyningsspole L .

y y Fra det som er angitt ovenfor følger imidlertid at den maksimale verdi av spenningen Vfi som er meget kritisk for en transistor, ikke er kontrollerbar. Videre kan uttrykket (1) skrives:

hvor Vfimin er den minste verdi av Vg for 6 = 6 max, og derav følger:

Forholdet 6„. har en minste verdi 6, hvis tidspunktet t-, faller

mm 1 ^ 1

sammen med midten av fremløpsintervallet, og 6 har sin maksimale

•' ° max

verdi 62 hvis tidspunktet t^ faller sammen med begynnelsen tQ av fremløpstiden. Derfor kan det ovenfor nevnte forhold ikke over-skride 2, slik at koplingsanordningen ikke kan tilpasse større variasjoner av spenningen Vg.

Ifølge oppfinnelsen faller ikke punktene A og Q sammen. Spenningen over viklingen L., er lik v^ - Vq, slik at spenningen

Vq i punktet Q er lik v^ = VQ + m(vA - Vq) = mv^ + (1 - m) VQ.

Ved hjelp av kurven for spenningen v^ på fig. 2a kan kurven for spenningen over viklingen L-, mellom den positive klemme og spenningskilden B og på kollektoren for transistoren Tr tegnes opp som vist på fig. 2c idet dioden D^ er ledende i tidsrommene og <T>2.

Man får da:

Innføring av middelverdi-en av spenningen v^ = null, gir:

Den maksimale verdi av kollektorspenningen vc er da: og derav følger:

ved innsetting i uttrykket (2). Det viser seg at dette uttrykk antar jevnt ved minskende forhold m. Fig. 3a viser dette for z = 0,2 og derav følger a - \- - 7,8 og med 6 . = 6, = \

c- z mm -L

(1 - z) = 0,4. Det fremgår herav at ved å gjøre m mindre enn 1 oppnås en minskning av den maksimale kollektorspenning og at dette er uavhengig av forholdet p.

Av uttrykket (2) kan følgende forhold utledes:

Dette uttrykk er også uavhengig av forholdet p og øker når m minsker. Dette er vist på fig. 3b for <S . = 6, = 0.4 og 5 ^ =

mm 1 ' ° fnax

6g = 0,8 (z = 0,2),slik at hele 6 området er anvendt, mens figuren viser at et stort område for matespenningsvariasjoner kan tilpasses når m er mindre enn 1 og forholdet Vn mo<v> overskrider 2

B mm

I likhet med det foregående tilfellet kan spenningen Vq bestemmes ved valget av forholdet p. Hvis anordningen ifølge hollandsk patentsøknad nr. 7.303.252 skal tas i betraktning, viser det seg at den øvre grense kan settes til p. Dioden D2 vil akkurat være ledende i tidsrommet t. hvis den laveste verdi av spenningen Vc som er/;praktisk brukbar dvs.: Vc min = F [mv + (1 " m) Vo] + VB min er lik spenningen V. I dette uttrykk kan ifølge uttrykket (2),

B min .Ia p ri o x max - (1 - m) "Ji , hvorfra kan utledes:

Det ovenfor angitte skal forklares ved hjelp av to talleksempler. Hvis spenningen VR kan variere mellom 230 volt og 345 volt med .en midlere nettspenning på 220 volt er V B max mindre enn 2, så dette medfører ingen vanskelighet. ^B min Hvis transistoren Tr ikk er i stand til å tåle en spenning som overskrider 1200 volt, fremgår det av fig. 3a at m = 0,64. Av uttrykket (2) følgér at VQ

P~~

Hvis nå spenningen Vg kan variere mellom 115 volt og 345 volt når nettspenningen er 110 volt eller 220 volt, sil

B max

v =3. Fig. 3b viser at m = 0,38 og fig. 3a gir da B min

Vo ™<w = 2i9. 345 = 1000 volt. Uttrykket (2) gir

99 volt. Da m ikke kan økes, vil en høyere VQ kreve at p overskrider 0,54 og dermed kan fordringene ifølge den.nevnte patentsøknad anvendes .

I likhet med det som fremgår av norsk patentsøknad nr. .741946 kan kjernen i transformatorene T og T2 på fig. 1 være en og samme kjerne, dvs. at viklingene L^, L og L-. kan være koplet med hverandre til tross for at spenninger med forskjellig kurve-form opptrer over disse viklinger. Dette er mulig fordi bølgeform-ene ikke påvirkes av koplingen idet spenningene VQ og Vg påtrykkes utenfra og derfor ikke påvirkes av koplingen. Strømmene som flyter gjennom viklingene blir imidlertid påvirket. I den sistnevnte patentsøknad er det påvist at driften av koplingsanordningen ikke påvirkes ugunstig av dette, men tvert imot gir en viktig fordel.

Det skal bemerkes at istedetfor uttaket Q kan en ekstra vikling vikles på samme kjerne som viklingen og denne vikling har et mindre antall vindinger enn viklingen L og er innkoplet mellom katoden i dioden D^ og forbindelsespunktet mellom L-, og kondensatoren C^.

Uttrykket (5) viser at forholdet m ikke må være for lite fordi i det tilfellet vil forholdet p også bli for lite, med det resultat at større strømmer flyter på sekundærsiden av transformatoren T-^. I tillegg vil store strømmer flyte gjennom transfor-matorens lekkasjeinduksjon hvilket medfører svingninger på tidspunktet t^. Videre vanskeligheter vil oppstå hvis det i det ovenfor nevnte utførelseseksempel anvendes en enkel transformator.

Hvis man av disse grunner ikke tilfredsstiller uttrykket (5) dvs hvis p gjøres større enn den foretrukne verdi P„,QV> må betingelsene

nicLX

i hollandsk patentsøknad 7.303.252 anvendes. Dette medfører en ekstra transistor som er kostbar eller en ekstra diode som ikke hindrer frembringelsen av en stor V cmax', mens hensikten var å an-vende et lite forhold m for å oppnå en lav V _„_,.

" c max

I praksis opptrer en lekkasjeinduksjon mellom de to

deler av viklingen L^. På fig. 4 som viser en del av koplingsanordningen er denne lekkasjeinduksjon antydet med L,_ mellom punktet Q

og et imaginært uttak Q' på viklingen L^. Denne induksjon L-hindrer en plutselig strømgjennomgang som i forbindelse med spredningskapasiteter kan bevirke svingninger. Dette kan unngås ved å forbinde en kondensator Cj. mellom punktene A og Q og en kondensator C,- mellom punktet Q øg forbindelsespunktet mellom viklingen L og kondensatoren C, Hvis forholdet mellom reaktansene for C^og Cp. er lik forholdet mellom antall vindinger i den øvre og nedre del av viklingen L^, vil ingen vekselspenning opptre over induksjonen Lj-, slik at ingen svingning opptrer. Parallell-forbindelsen av kondensatoren C og nettverket C^, sammen med de induktive komponenter av koplingsanordningen, resulterer i en resonansfrekvens med en periode som er Ilk ca. 2 ganger tiden

V

Ovenfor er det antatt at kapasiteten for kondensatoren C-^ er tilstrekkelig stor til at spenningen over kondensatoren kan anses som konstant (= Vq). Det skal bemerkes at dette er nød-vendig bare hvis en eller flere hjélpespenninger som frembringes ved hjelp av viklinger på transformatoren Tp oppnås ved hjelp av fremløpslikeretning. _

Claims (5)

1. Koplingsanordning for frembringelse av en sagtannformet avbøyningsstrøm gjennom en linjeavbøyningsspole i et bildegjengivelsesapparat, omfattende et avbøyningsnettverk som inneholder avbøyningsspolen, en fremløpskondensator og en tilbakeløpskonden- sator og en første diode gjennom hvilken' avbøyningsstrømmen flyter under en del av fremløpsintervallet, men under resten av fremløps-intervallet flyter denne strøm gjennom en andre diode og en styrbar bryter, hvilken diode og bryter ligger parallelt med den første diode, samt et induktivt element som er forbundet med bryteren og via en tredje diode er forbundet med avbøyningsnettverket, og en transformator med en kjerne av magnetisk materiale og en vikling som i serie med en kondensator er koplet med avbøyningsnettverket, karakterisert ved at det induktive element (T^) via den tredje diode (D^) er forbundet med seriekoplingen av den ovenfor nevnte seriekondensator (C^) og en del av transformatorviklingen (L^).

2. Koplingsanordning ifølge krav 1, hvor det induktive element omfatter en vikling, karakterisert ved at viklingen (L^) er viklet på transformatorkjernen (T^).

3. Koplingsanordning ifølge krav 1, karakterisert ved at en første kondensator (C^) ligger parallelt med den nevnte del av transformatorviklingen (L^), og- en andre kondensator (C^) ligger parallelt med resten av viklingen, idet forholdet mellom reaktansen av de to kondensatorer er lik forholdet mellom antallet vindinger i de nevnte deler av viklingen.

4. Koplingsanordning ifølge krav 1, hvor det induktive element har en primærvikling og en sekundærvikling som er koplet med hverandre, karakterisert ved at forholdet mellom antallet vindinger i sekundærviklingen (L~) og i primærviklingen (L,) er tilnærmet lik m + , hvor m er forholdet 1 a 6 max mellom antallet vindinger i den del av transformatorviklingen (Lj) som ligger mellom forbindelsespunktet (Q) mellom den tredje diode (D-j) og seriekondensatoren (C-^) og antallet vindinger i hele viklingen, a er forholdet mellom amplituden av tilbakeløps-spenningen og fremløpsspenningen, og 8 max er verdien av forholdet mellom bryterens ledende tid og linjeperioden i forbindelse med maksimal verdi av en sDennineskilde (B) som leverer energi til koplingsanordningen.

5. Koplingsanordning ifølge et av de foregående krav, k'a r a k t e r i s e r t ved at transformatoren (T2) har to ben, en vikling ( L^) med uttak (Q) og minst én høyspennings-vikling (L4) som er viklet på det ene ben, mens primær- (1^) og sekundærviklingen (L2) er viklet på det andre ben, idet forholdet mellom antallet vindinger i sekundærviklingen og pnmær-viklingen er større enn forholdet mellom antallet vindinger i den del av transformatorviklingen som ligger mellom uttaket og den ende som skal forbindes med seriekondensatoren (C^) og antallet vindinger i hele viklingen, og er mindre enn en.