DE977115C

DE977115C - Zeilenablenkschaltung fuer Elektronenstrahlroehren

Info

Publication number: DE977115C
Application number: DEN6489A
Authority: DE
Inventors: Peter Johannes Hubertu Janssen
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1951-12-19
Filing date: 1952-12-16
Publication date: 1965-03-11
Also published as: US2805384A; BE516320A; FR1067786A; CH321346A; NL88020C; JPS314410B1; GB723510A

Description

AUSGEGEBENAM HL MÄRZ 1965

A^r 6489 VIII al 21a¹

ist in Anspruch genommen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zeilenablenkschaltung für Elektronenstrahlröhren, insbesondere in einem Fernsehempfänger, mit Mitteln zur periodischen Unterbrechung eines über eine Primärwicklung eines Transformators einer Selbstinduktionsspule aus einer Spannungsquelle zugeführten Stromes., bei der die beim' Unterbrechen dieses Stromes in einer Sekundärwicklung induzierte Spannung einem mit Kapazität behafteten Belastungskreis zugeführt wird, insbesondere einem Hochspannungskreis zur Erzeugung· der Hochspannung für die Elektronenstrahlröhre, bei der während des Unterbrechungsintervalls in einem eine Streuinduktivität des Transformators enthaltenden Netzwerk zwei Resonanzschwingungen auftreten, die ein bestimmtes Verhältnis ihrer Frequenzen aufweisen.

Bei Ablenkschaltungen dieser Art ergab sich bisher der Nachteil, daß nach dem, Zeitpunkt, in dem sich der Stromzuführungskreis für die Primärwicklung wieder schließt und damit der »Hinlauf« beginnt, unerwünschte Schwingungen, auftreten, die die Ablenkung des Elektronenstrahles störend beeinflussen.

Erhöht man die Windungszahl der Sekundärwicklung des Transformators, um eine höhere Hochspannung zu erreichen, so zeigt es sich, daß der Einfluß der Störschwingungen ebenfalls zunimmt. Dies rührt daher, daß die Streuinduktivität des Transformators zwischen der Primärwicklung

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und der Sekundärwicklung bei steigender Windungszahl der Sekundärwicklung stärker in Erscheinung tritt. Bisher hat man versucht, diese Streuinduktivität möglichst herabzusetzen, was aber auch nicht zum vollen Erfolg, d. h. zur Unterdrückung der Störschwingungen, führte. Weiter hat man versucht, eine Dämpfung der Störschwingungen dadurch zu erreichen, daß parallel zu den Ablenkspulen eine Diode oder die Reihenschaltung ίο einer Diode und eines Widerstands-Kondensator-Gliedes (in Parallelschaltung) angebracht wird, Dies bedeutet jedoch einen zusätzlichen Aufwand und bringt gegebenenfalls eine unerwünschte Vernichtung von Energie mit sich.

»5 Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß das Auftreten von Störschwingungen darauf zurückgeht, daß in dem Zeitpunkt, in dem sich der Stromzuführurigskreis schließt, noch beträchtliche magnetische Energie in der Streuinduktivität zwisehen der Primärwicklung und dem Belastungskreis vorhanden ist, die am Anfang des Hinlaufes ausschwingt, wodurch auch zusätzliche Energieverluste verursacht werden. Weiter ist es nach dieser Erkenntnis möglich, durch eine Abstimmung des die as Streuinduktivität enthaltenden Netzwerkes dafür zu sorgen, daß am Ende des Rückschlages keine Energie in der Streuinduktivität mehr vorhanden ist.

Bei einer bekannten Zeilenablenkschaltung, bei der die Hochspannungswicklung mit der Primärwicklung fest gekoppelt ist und die Wicklung, an der die den Strom aufnehmende Induktivität, z. B. die Ablenkspule, liegt, eine nennenswerte Streuinduktivität gegenüber der Primärwicklung aufweist, ist angegeben worden, daß der aus den Teilen der erwähnten Streuinduktivität und einer parallel liegenden Kapazität bestehende Schwingungskreis durch geeignete Wahl der Streuinduktivität auf die dreifache Frequenz der durch die Rücklaufzeit bestimmten Grundwelle abgeglichen werden kann, so daß außer der Grundschwingung auch eine dritte Harmonische auftritt, die bei Beginn des. Rücklaufes mit der Grundschwingung praktisch gleichphasig ist. Dadurch wird nach der dort gestellten Aufgabe erreicht, daß der Scheitel des auf der Hochspannungsseite auftretenden Spannungsverlaufes erniedrigt und abgeflacht wird, wodurch die Abhängigkeit der erzeugten hohen Gleichspannung vom Belastungsstrom vermindert werden kann. Die während des Rückschlages auftretenden Schwingungen werden am Anfang des Hinlaufes durch eine leitend werdende Diode, z. B-. die Gitter-Kathoden-Strecke der Kippröhre, unterdrückt, wobei also die in diesen Schwingungen enthaltene Energie vernichtet wird.

In moderneren Zeilenablenkschaltungen kann die Energie solcher Schwingungen beträchtliche Werte annehmen, Und es stellt sich daher die Aufgabe, dafür zu sorgen, daß die Energie der Störschwingungen am Anfang des Hinlaufes in eine für die Schaltung brauchbare Nutzenergie umgewandelt ist.

Bei einer Zeilenablenkschaltung der eingangs erwähnten Art wird dies dadurch erreicht, daß gemäß der Erfindung zur Vermeidung von Störschwingungen nach dem Schließen des Stromzuführungskreises in dem Netzwerk, das gebildet wird durch die Parallelschaltung der Transformatorinduktivität, die die Parallelschaltung der transformierten Selbstinduktion der Ablenkspule und der Selbstinduktion der Primärwicklung darstellt, der Transformatorkapazität und der Reihenschaltung der Streuinduktivität und der Kapazität des Belastungskreises — sämtliche Größen auf die Primärseite transformiert gedacht —, die Streuinduktivität des Transformators und dadurch das Verhältnis der Frequenzen der durch Parallelresonanzen erhaltenen beiden Schwingungen derart gewählt ist, daß sowohl im Unterbrechungszeitpunkt als auch in dem Zeitpunkt, in dem sich der Stromzuführungskreis wieder schließt, der Strom durch die Streuinduktivität und die erste Ableitung dieses Stromes. Null sind.

Dazu ist es überraschenderweise nicht erforderlich, die Streuinduktivität zwischen der Primärwicklung und der Hochspannungswicklung mögliehst herabzusetzen oder gar zu beseitigen; im Gegenteil, bei einem bestimmten größeren Wert der Streuinduktivität gleichen sich die in dem Netzwerk auftretenden Schwingungen derart aus, daß nach Beendigung des Rücklaufes keine oder wenigstens nahezu keine Störschwingungen auftreten; denn wenn der Strom durch die Steuinduktivität Null ist, ist die magnetische Energie Null, und wenn die erste Ableitung dieses Stromes Null ist, ist die Spannung an der Streuinduktivität und damit die Ladungsenergie in der parallel liegenden Kapazität ebenfalls Null.

Es sei bemerkt, daß es bei einem Batteriezünder für Explosionsmotoren an sich bekannt ist, das die Streuinduktivität zwischen der Primärwicklung und der Hochspannungs-Sekundärwicklung enthaltende System derart abzustimmen, daß die im Unterbrechungsintervall auftretenden Schwingungen, ein Frequenzverhältnis von 1 :S, 1 :j, 1 :g usw. aufweisen. Dadurch soll erreicht werden, daß die Spannung an der Sekundärwicklung, an die die Zündkerze angeschlossen ist, nach dem Unterbrechen des Primärstromes möglichst schnell und möglichst hoch ansteigt, damit die Zündspannung möglichst bald erreicht wird. Der zunächst durch die Anfangsbedingungen und die Bemessung der Schaltelemente bestimmte Schwingungsverlauf wird dabei jedoch durch den Zündvorgang, der vielfachen Einflüssen, insbesondere von Temperatur, Druck und Zusammensetzung des zu zündenden Gasgemischesi, unterliegt, und durch die Belastung mit dem stark schwankenden Widerstand der Funkenentladungsstrecke vollständig zerstört, und beim Wiederschließen des primären Stromkreises treten erhebliche unkontrollierbare Störschwingungen auf, die nur durch zusätzliche Schaltmaßnahmen, z. B. mittels eines weiteren Schaltkontaktes, vermindert werden können. In einer Zeilenablenkschaltung kann im übrigen der Wert der angelegten Speisespannung gegenüber der im Rückschlagintervall auftretenden Spannungsspitze nicht vernachlässigt

werden, und auch die endliche Anstiegsgeschwindigkeit des Stromes am Ende des Hinlaufes verlangt Berücksichtigung. Die nach der Erfindung vorzunehmende Abstimmung des Netzwerkes führt daher zu einem Wert, der kein ganzzahliges Frequenzverhältnis zwischen Grundwelle und Oberwelle darstellt.

Nach einem nicht zum Stande der Technik gehörenden, älteren Vorschlag wird davon ausgegangen, daß von der ansteigenden Flanke des Rückschlagimpulses in Zeilenablenkschaltungen Störschwingungen angeregt werden; durch Abstimmung von Schaltungsteilen, insbesondere auf eine geradzahlige Harmonische, soll erreicht werden, daß die auftretende Spannungsänderung am Rücklaufende zur Spannungsänderung der Rückschlagspannung gegenphasig ist und die Störschwingungen aberregt und ausgelöscht werden. Dazu wird die Eigenfrequenz einer nicht bedämpften Wicklung, z. B. ein ao vor der Hochspannungsdiode liegender Wicklungsteil, abgestimmt. Gegenphasige Spannungsänderungen zeigen zwar einen Spannungsausgleich in einem bestimmten Zeitpunkt, sind jedoch kein, hinreichendes Kriterium dafür, daß in einem unbedämpft bleibenden Schaltungsteil keine störende Energie, insbesondere als magnetische Energie, mehr vorhanden ist.

Dadurch, daß nach der Erfindung die beiden Parallelresonanz-Frequenzen des angegebenen Netzwerkes in der gekennzeichneten Weise abgestimmt werden, kann das Weiterschwingen störender Energie sicher vermieden werden.

Die Zeilenablenkschaltung nach der Erfindung wird an Hand eines in Fig. 1 der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei die Erkenntnis, die der Erfindung zugrunde liegt, an Hand von Fig. 2 näher erläutert wird.

Die Schaltung nach Fig. 1 enthält eine Entladungsröhre i, deren Anodenkreis die Reihenschaltung einer Selbstinduktionsspule 2, eines Kondensators 3 und einer Anodenspeisequelle 4 enthält. Die Selbstinduktionsspule 2 bildet die Primärwicklung eines Transformators 5 mit Sekundärwicklung 6. Diese Sekundärwicklung 6 ist einerseits 4-5 mit der oberen Elektrode des Kondensators 3, andererseits mit der Anode der Diode 7 verbunden, deren Kathode über den Glättungskondensator 8 an Erde liegt. Parallel zum Kondensator 8 ist z. B. als Belastung eine Elektronenstrahlröhre geschaltet, die im vorliegenden Fall einfachheitshalber als ein Widerstand 9 dargestellt ist.

Die positive Klemme der Batterie 4 ist ferner mit der Anode der Diode 10 verbunden, deren Kathode an einem Punkt 11 der Wicklung 2 angeschlossen ist. Zwischen den Punkten 12 und 13 der Wicklung 2 liegt eine Spule 14, die als Ablenkspule für eine Elektronenstrahlröhre dient.

Die Wirkungsweise der so weit beschriebenen Schaltung, die zum Erzeugen eines Sägezahnablenkstromes durch die Spule 14 und außerdem zur Erzeugung der hohen Speisegleichspannung einer Elektronenstrahlröhre dient, ist an sich bekannt. Dem Steuergitter der Röhre 1 wird eine Sägezahnspannung 15 zugeführt, die während des Rücklaufes einen negativen Spannungsimpuls 16 aufweist.

Während des Anstiegs der Spannung 15 wird die Wicklung 2 von einem etwa linear mit der Zeit wachsenden Strom durchflossen. Außerdem ist wenigstens während eines Teiles des Anstiegs die Diode 10 leitend, wodurch der Kondensator 3 mit der in der Figur angedeuteten Polarität aufgeladen wird, so daß die über dem Kondensator auftretende Spannung die Wirkung der Batterie 4 im Anodenkreis der Röhre 1 unterstützt.

Die Ablenkspule 14 wird von einem mit der Zeit etwa linear ansteigenden Strom durchflossen.

Am Ende des Anstiegs wird der der Spule 2 zugeführte Strom gesperrt, da der negative Impuls 16 am Steuergitter der Röhre 1 den Anodenstrom dieser Röhre unterbricht.

Über der Spule 2 entsteht ein hoher Spannungsimpuls, der zur Sekundärwicklung 6 transformiert wird, wobei die Diode 7 leitend wird und über der Parallelschaltung des Kondensators 8 und des Widerstandes 9 eine hohe Gleichspannung auftritt. Es zeigt sich nun, daß, wenn keine besonderen Maßnahmen getroffen werden, nach Beendigung des Rücklaufes eine Störschwingung im Transforma,-tor 5 und in der mit ihm gekoppelten Ablenkspule 14 auftritt. Diese Schwingung wird von der Streuinduktivität des Transformators herbeigeführt.

An Hand von Fig. 2, die ein Ersatzschaltbild des so weit beschriebenen Teiles der Schaltung nach Fig. ι darstellt, wird erläutert, wie diese Störschwingung verringert oder unterdrückt werden kann.

Beim Schaltbild nach Fig. 2 sind sämtliche wesentliche Teile der Schaltung auf die Primärseite des Transformators transformiert gedacht.

Dabei stellt L₁ die Parallelschaltung d!er transformierten Selbstinduktion der Ablenkspule 14 und der Transformatorselbstinduktion dar. Diese Selbstinduktion L₁ wird im folgenden als die Transformator-Selbstinduktion bezeichnet. C₁ ist die Summe sämtlicher Kapazitäten der Transformatorwicklungen, der Spule 14, der Diode 10, der Röhre 1 und ihre Verdrahtungskapazität. Die Kapazität C₁ wird im folgenden als die Transformatorkapazität bezeichnet.

Es leuchtet ein, daß beim Fehlen z. B. der Spule 14 die Selbstinduktion L₁ des Transformators ausschließlich aus der Eigenselbstinduktion L₀ des Transformators besteht. L₂ stellt die transformierte Streuinduktivität des Transformators dar. C₂ ist die Kapazität der Diode 7, die" Verdrahtungskapazität und die in diesem Zusammenhang praktisch keine Rolle spielende Kapazität des Glättungskondensators 8. Diese Kapazität C₂ wird im folgenden die Kapazität des Belastungskreises genannt.

Das Ersatzschaltbild enthält weiter den Schalter \ und die Spannungsquelle E₁. Im Zeitpunkt t = o, der dem Beginn des Rücklaufes des die Spule 2 durchfließenden Stromes entspricht, wird der Schalter ^₁ geöffnet, entsprechend der Tatsache, daß in der Schaltung nach Fig. 1 die Röhre 1 gesperrt

wird. Am Zeitpunkt t = τ, der dem Ende des. Rücklaufes entspricht, schließt sich der Schalter T wieder.

Will man verhüten, daß nach dem Zeitpunkt t = τ Schwingungen in der Reihenschaltung der Streuinduktivität L₂ und der Kapazität C₂ des Belastungskreises auftreten, so soll sowohl im Zeitpunkt t = ο als. auch im Zeitpunkt t = τ den Bedingungen entsprochen sein, daß die Spannung über ίο der Kapazität C₂ gleich der Spannung E_x ist, daß der Strom i_L2 durch die Streuinduktivität L₂ an diesen Zeitpunkten Null ist und daß auch die erste

Ableitung —£? dieses Stromes dann Null ist.

Mittels dieser Bedingungen kann abgeleitet werden, daß es dazu erforderlich ist, daß für das Verhältnis der beiden Parallelresonanzfrequenzen α und β des von den drei parallelen Zweigen nach Fig. 2 gebildeten Kreises genau bestimmte Werte

ao gelten.

Die auch aus anderen Erwägungen günstigste Bedingung wird durch die Beziehung gegeben:

wo ζ das Verhältnis der Unterbrechungsdauer r zur Periodendauer darstellt.

Wie bereits gesagt, gibt es noch andere Werte für

—, bei denen keine oder nahezu keine Störschwin-α

gungen auftreten.
Dies gilt z. B. für

⁵ (^τ-°

Beträgt ζ ζ. B. o,is, wie ζ. B. bei vielen Fernsehschaltungsanordnungen, so ist der günstigste Wert

2,8.

Arbeitet man die letztgenannte Bedingung für
weiter aus, so zeigt es sich, daß, wenn

C,

und

J-i

ist, die Bedingung io p q= (p q + p+ i)² erfüllt werden soll.

Liegt also der Wert der Selbstinduktion des Transformators L₁ und der Kapazität des Transformators C₁ und der Kapazität des Belastungskreises C₂ fest) so kann durch richtige Wahl der Größe der Streuinduktivität L₂ die gewünschte Bedingung erfüllt werden.

Beim gegebenen Wert — = 3,8 findet man für

die Spannung über dem Kondensator C₂ den Maximalwert

^L₁

ß-oc

T,55aiL_lt

wo i den Strom durch die Induktivität L₁ im Zeitpunkt t = 0 bedeutet.

Bei den anderen möglichen Werten für — tritt

zwar auch praktisch keine Störschwingung auf, aber der Maximalwert der Spannung über dem Kondensator C₂ ist beträchtlich kleiner, so daß der

Wert 2,8 für — der günstigste ist, wenn die Schaltung zum Erzeugen hoher Gleichspannung verwendet wird.

Sollte es entsprechend den früheren Bestrebungen gelingen, die Streuinduktivität sehr klein zu machen, also annähernd Null, so würde die Spannung über dem Kondensator C₂ maximal den Wert OiL₁ erreichen. Die Anwendung der Schaltung nach der Erfindung ergibt also gegenüber der-früher als ideal betrachteten Lösung eine um einen. Faktor 1,5 größere Hochspannung.

Bei der Schaltung nach Fig. 1 kann die richtige Bemessung erhalten werden durch richtige Wahl des Kopplungsfaktors des Transformators und der Größe der Selbstinduktion und Kapazität des Transformators sowie der Kapazität des Belastungskreises. Diese Schaltelemente sind bestimmend für das Netzwerk, das, wenn sämtliche Größen auf die Primärseite transformiert gedacht sind, gebildet wird durch die Parallelschaltung der Transformator-Induktivität, der Transformator-Kapazität und der Reihenschaltung der insbeson- ioo dere durch den Kopplungsfaktor bedingten. Streuinduktivität des Transformators und der Kapazität des Belastungskreises, in welchem Netzwerk die Streuinduktivität des Transformators, und dadurch das Verhältnis der Frequenzen der durch Parallel-Resonanz erhaltenen beiden Schwingungen entsprechend der Erfindung zu bemessen ist. Häufig wird bevorzugt, den Kopplungsfaktor des Transformators regelbar zu machen, so daß dieser z. B. bei der Herstellung eines Fernsehapparates auf den richtigen Wert einstellbar ist.

Eine Ausführungsform einer solchen Lösung ist in Fig. ι dargestellt.

Dabei ist zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung des Transformators 5 ein zusätzlicher Kopplungskreis, angeordnet, der eine Selbstinduktionsspule mit einstellbarem Selbstinduktionswert enthält.

Zu diesem Zweck ist zwischen dem Punkt 17 der Primärwicklung 2 und dem Punkt 18 der Sekundärwicklung 6 eine Verbindung angebracht, welche die regelbare Selbstinduktionsspule 19 enthält.

Durch richtige Einstellung der Größe der Selbstinduktion der Spule 19 entsteht der richtige Kopplungsfaktor und infolgedessen die richtige Größe der Streuinduktivität des Trans formators.

Selbstverständlich können für den Kopplungskreis statt Anzapfungen auf den Transformatorwicjdungen zusätzliche Wicklungen verwendet werden, die mit der Primärwicklung bzw. mit der Sekundärwicklung des Transformators gekoppelt sind.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

ίο i. Zeilenablenkschaltung für Elektronenstrahlröhren, insbesondere in einem Fernsehempfänger, mit Mitteln zur periodischen Unterbrechung eines über eine Primärwicklung eines Transformators einer Selbstinduktionsspule aus einer Spannungsquelle zugeführten Stromes, bei der die beim Unterbrechen dieses Stromes in einer Sekundärwicklung induzierte Spannung einem mit Kapazität behafteten Belastungskreis zugeführt wird, insbesondere einem Hochspannungskreis zur Erzeugung der Hochspannung für die Elektronenstrahlröhre, bei der während des Unterbrechungsintervalls in einem eine Streuinduktivität des Transformators enthaltenden Netzwerk zwei Resonanzschwingungen auftreten, die ein bestimmtes Verhältnis ihrer Frequenzen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung von Störschwingungen nach dem Schließen des Stromzuführungskreises in dem Netzwerk, das gebildet wird durch die Parallelschaltung der Transformatorinduktivität (L₁), die die Parallelschaltung der transformierten Selbstinduktion der Ablenkspule und der Selbstinduktion der Primärwicklung darstellt, der Transformatorkapazität (C₁) und der

Reihenschaltung der Streuinduktivität (L₂) und der Kapazität des Belastungskreises (C₂) — sämtliche Größen auf die Primärseite transformiert gedacht —, die Streuinduktivität des Transformators und dadurch das Verhältnis

♦0 der Frequenzen der durch Parallelresonanzen erhaltenen beiden Schwingungen derart gewählt ist, daß sowohl im Unterbrechungszeitpunkt als auch in dem Zeitpunkt, in dem sich der Stromzuführkreis wieder schließt, der Strom durch die Streuinduktivität und die erste Ableitung dieses Stromes Null sind.

Zeilenablenkschaltung nach Anspruch 1,
2.

dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der beiden Parallelresonanzfrequenzen α und β annähernd der Beziehung

ß I c ^z

^ = Z 1-0,36

entspricht, wobei ζ das Verhältnis der Stromunterbrechungsdauer zur Periodendauer darstellt.
3. Zeilenablenkschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der beiden Parallelresonanzfrequenzen α und β annähernd der Beziehung

ß 1

^ = 5 1-0,39

entspricht, wobei ζ das Verhältnis der Stromunterbrechungsdauer zur Periodendauer darstellt.
4. Zeilenablenkschaltung nach einem der vorangehenden. Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wicklungen des Transformators zusätzlich gekoppelt sind mittels eines Kopplungskreises, der eine Selbstinduktionsspule mit einstellbarer Größe der Selbstinduktion enthält.

In Betracht gezogene Druckschriften:

USA.-Patentschriften Nr. 2440418, 2536857; britische Patentschrift Nr. 381 917;

schweizerische Patentschrift Nr. 217092;

E. Seiler, Elektrische Zündung, Licht und Anlasser der Kraftfahrzeuge, 4. bis 6. Auflage, Halle (Saale), 1944, S. 46, 51 bis 53.

In. Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsche Patente Nr. 767 678, 893 370.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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