DE1056751B - Ablenkschaltung zur Erzeugung saegezahnfoermiger Stroeme mit einem Halbleitertransistor als Schalter - Google Patents

Description

INTERNAT. KL. H 03 k

iPATENTAMT

G 20496 Villa/2Ig*

BIBLIOTHEK DES DEUTSCHEN PATEUTAMTES

ANMELDETAG: 7. SEPTEMBER 1956

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 6. MAI 1959

Die Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte Ablenkschaltung, in der ein Halbleitertransistor verwendet wird.

In einer bekannten mit Vakuumröhren arbeitenden Ablenkschaltung erzeugt eine sogenannte Treiberröhre einen Ablenkstrom durch, die Ablenkspule in einem bestimmten Zeitabschnitt der Ablenkperiode, während eine sogenannte Dämpferröhre den Stromfluß in einem anderen Teil der Periode regelt. ·. ■ · · ■ ■ ■ ■■

Es ist auch; bekannt* einen symmetrischen Transistor als in beiden Richtungen wirkenden Schalter zu verwenden und mit. seiner Hilfe einen Sägezahnstrom zu erzeugen. Dabei ist die Ablenkspule an den Kollektor angeschlossen, während der Eingangselektrode des Transistors Steuerimpulse zugeführt werden.

Die z. B. zur horizontalen Ablenkung in einem Fernsehempfänger benutzte Schaltung arbeitet derart, daß bei negativer Vorspannung der Basis der Emitter-Kollektor-Kreis geschlossen wird und der Strom linear anwächst. Durch einen . positiven Impuls wird der Kreis geöffnet und die in der Induktivität gespeicherte Energie entladen. Die Verwendung von symmetrischen Transistoren ist jedoch häufig nicht erwünscht, da die im allgemeinen zur Verfügung stehenden Transistoren unsymmetrisch arbeiten. Außerdem ist die bekannte Schaltung an eine hochohmigelmpulsquelle gebunden, während in den meisten Fällen angestrebt wird, die Impulsquelle niederohmig ausführen zu können. Schließlich ist in der bekannten Schaltung die Hinzufügung eines Korrektursignals zur Linearisierung erforderlich. :

Bei einer Ablenkschaltung, deren Ablenkspule mit einem Ende an den Kollektor angeschlossen ist, sind gemäß der Erfindung die-Ablenkspule mit ihrem anderen Ende an.den negativen Pol einer Spannungsquelle und der positive Pol dieser Spannungsquelle an die gemeinsame Elektrode des unsymmetrischen Transistors angeschlossen, während die Steuerimpulse zwischen der Eingangselektrode und der gemeinsamen Elektrode von einer Impulsquelle : niedrigen Innenwiderstandes derart zugeführt werden, daß an dem Kollektor eine Ausgangsspannung von solcher Form erzeugt wird, daß während deren Schwingungsperiode in einem ersten Intervall ein Strom von der Spannungsquelle über die Entladungsstrecke zwischen Eingangselektrode und Kollektor zur Spule fließt,· in einem zweiten Intervall kein Strom in der Halbleitervorrichtung auftritt und in einem dritten Intervall ein Strom von der Spule durch die Entladungsstrecke zwischen Kollektor und gemeinsamer Elektrode fließt.

Bei der Erfindung wird also der Strom durch die Ablenkspule während des späteren Teils der Ablenkperiode durch . Transistorwirkung zugelassen und sodann unvermittelt gesperrt. Der in dem von der Ab-

Ablenkschaltung zur Erzeugung

sägezahnförmiger Ströme mit einem

Halbleitertransistor als Schalter

Anmelder:

General Electric Company,
Schenectady, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt,
Frankfurt/M., Parkstr. 13

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 8. September 1955

Donald Arthur Paynter, Syracuse, N. Y. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

lenkspule erzeugten Magnetfeld gespeicherte Energiebetrag ist dem Quadrat des Stromes proportional, so daß er kurz vor dem Absperren des Stromflusses einen Maximalwert hat: Die Spule und die mit ihr verbundenen Schaltelemente bilden einen Resonanzkreis, der in Schwingung gerät, wenn der Stromzufluß aufhört. Während der. ersten halben Schwingungsperiode ist die Polarität über den Transistorausgangsklemmen die gleiche wie zuvor; sie kehrt sich jedoch während der nächsten halben Schwingungsperiode um. Die Schaltverbindungen zu dem Transistor sind derart, daß der Wechsel der Polarität eine Umkehrung der Richtung des Stromflusses durch die Ablenkspule und einen Teil des Transistors bewirkt. Daher ändert sich der Strom in der Spule von einem Maximalwert der' einen Richtung zu einem Maximalwert der anderen Richtung, und der Elektronenstrahl wird von einer extremen

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Ablenkstellung zur anderen verschoben. Wäre nicht aus Dämpfungsgründen der Stromfluß durch einen Teil des Transistors vorgesehen, so würde der Schwingungszustand der Spule fortdauern; aber auf Grund der richtigen Dämpfung nimmt der Spulenstrom allmählich ab, so daß der Strahl mit gleichförmiger Geschwindigkeit zum Mittelpunkt der Ablenkung zurückkehren kann. An diesem Punkt wird der Transistor wieder in Tätigkeit gesetzt und 'der Arbeitszyklus wiederholt.

Im folgenden wird auf die Zeichnungen Bezug genommen. Von diesen zeigt

Fig. 1 einen Ablenkkreis gemäß den Grundgedanken der Erfindung, in dem ein pnp-Transistor in geerdeter Basisschaltung verwendet wird,

Fig. 2 eine Reihe von Schwingungsformen, die zur Erläuterung der Arbeitsweise der in den anderen Figuren dargestellten Ausführungsformen dienen,

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem ein pnp-Transistor in geerdeter Emitterschaltung verwendet wird, und

Fig. 4 und 5 weitere der Fig. 3 ähnliche Ausführungsbeispiele, in denen die Überwindung einer beliebigen Hochohmigkeit der Steuerspannungsquellen veranschaulicht wird.

In Fig. 1 ist eine Stromquelle 2 dargestellt, deren Spannung den durch den Kurvenzug 4 angedeuteten Verlauf hat und die an die Klemmen 6 und 8 angeschlossen ist. Ein Transistor 10, in diesem Fall ein pnp-Transistor, ist so angeordnet, daß seine Emitterelektrode 12 mit der Klemme 6, seine Basiselektrode 14 mit der Klemme 8 und seine Kollektorelektrode 16 mit dem oberen Ende einer Ablenkspule 18 verbunden ist. Der positive Pol einer Gleichspannungsquelle, hier als Batterie 20 dargestellt, liegt an der Basiselektrode 14, der negative Pol an dem unteren Ende der Ablenkspule 18. Parallel zu der Spule 18 liegt ein Kondensator 22 von solcher Größe, daß er mit der Spule 18 einen Resonanzkreis von einer Eigenfrequenz bildet, deren halbe Periode gleich oder kleiner als die Austastperiode ist, welche, wie später erklärt wird, während der negativen Impulse 24 des Kurvenzuges 4 besteht. Wenn die Streukapazität des zu der Spule 18 parallel liegenden Kreises zur Erzeugung einer solchen Resonanz ausreicht, so kann der Kondensator 22 fortgelassen werden.

Bei manchen Anwendungen ist die Rückgewinnung der Hochspannung aus der Schaltung nicht erwünscht. In diesem Fall kann eine Hochspannung dadurch erhalten werden, daß mit der Ablenkspule 18 magnetisch gekoppelte Spulen 26 und 28 vorgesehen werden und die in diesen von der Ablenkspule 18 induzierte Spannung etwa durch eine Diode 30 gleichgerichtet wird. Zwischen der Diode 30 und dem einen Ende der Spule 28 ist ein Kondensator 32 und ein Parallelwiderstand 34 eingeschaltet, um hierdurch den Stromkreis zu schließen und eine unerwünschte Welligkeit der Spannung auszufiltern. Erforderlichenfalls kann eine Transformatorkopplung zur Übertragung der Ausgangsspannung des Transistors an die Ablenkspule und/oder an die Energierückgewinnungsschaltung vorgesehen werden.

Es wird nun auf die verschiedenen in Fig. 2 gezeigten Schwingungsformen eingegangen, um an Hand derselben die Wirkungsweise der in Fig. 1 gezeigten Schaltung zu erläutern. Die Welle A der Fig. 2 entspricht der Welle 4 der Fig. 1 und stellt die Spannung der Klemme 6 gegenüber der Klemme 8 dar. Die gestrichelte Linie36 kennzeichnet den Punkt, an dem die an die Emitterelektrode 12 der Fig. 1 angelegte Spannung den Emittersprom sperrt. Wie durch die Kurve B der Fig. 2 angedeutet ist, bewirkt das Sperren des Emitterstromes das Einsetzen einer Schwingung an der Spule 18, die solche Polarität, hat, daß sie das 5 obere Ende der Spule negativ macht. Die Schwingung hat eine solche Frequenz, daß während des negativen Impulses 38 der Welle A eine halbe Periode 37 vor sich geht. Nach einer Viertelperiodc der Schwingung beginnt die Spannung am oberen Ende der Spule ίο 18 in positiver Richtung anzusteigen; wenn sie hinreichend positiv ist, um dieKollektörelektrodelö positiv gegenüber dem Pluspol der Batterie 20 zu machen, '■ so übernehmen die Kollektorelektrode 16 und die Basiselektrode 14 die Funktion einer niederohmigen Diode. Unter diesen Umständen fließt unabhängig von der Kollektorvorspannung ein Kollektorstrom, da der Emitter 16 jetzt in der Durchlaßrichtung vorgespannt ist. Der Spannungsabfall über dieser Diode, d. h. zwischen der Kollektorelektrode 16 und der Basiselektrode 14, ist gegenüber der Spannung £ der Batterie 20 so klein, daß das obere Ende der Spule 18 als unmittelbar mit dem positiven Pol der Batterie 20 verbunden angesehen werden kann. Wenn der Widerstand zwischen dem Kollektor 16 und der Basiselektrode 14 während dieses Teils der Schwingungsperiode nicht so klein wäre, so würde die Spannung an dem oberen Ende der Spule 18 zu einem hohen positiven Wert ansteigen. Da dies jedoch der Fall ist, so liegt das obere Ende der Spule 18 nur wenig über dem Potential der positiven Klemme der Batterie 20, d.h. um etwa V2 Volt. Der Strom durch die von der Kollektorelektrode 16 und der Basiselektrode 14 gebildete Diode wird durch das abklingende Magnetfeld in der Ablenkspule 18 erzeugt. Bei der ungefähren Mittelstellung der Ablenkung ist die Geschwindigkeit des Abnehmens des magnetischen Feldes der Spule 18 so klein, daß die Kollektorelektrode 16 nicht mehr positiv gegenüber der Basiselektrode 14 bleiben kann. Bei diesem Punkt arbeitet die Anordnung 10 als Transistor und bildet eine Verbindung niedrigen Widerstandes zwischen dem Kollektor 16 und dem Emitter 12. Wenn die Impedanz der Spannungsquelle 2 hinreichend klein ist, so besteht eine effektive Verbindung zwischen dem oberen Ende der Ablenkspule 18 und dem positiven Pol der Batterie 20. Daher fließt der Strom durch die Spule 18 nunmehr in der entgegengesetzten Richtung. Die Geschwindigkeit der Stromänderung in der Spule und zugleich diejenige der Ablenkung sind für beide Stromrichtungen im wesentliehen die gleichen, und zwar auf Grund des allgemein bekannten Gesetzes, daß die Geschwindigkeit der Stromänderung mal der Induktivität der Spule gleich der Spannung über derselben ist; diese Spannung ist die gleiche wie diejenige über der Batterie20. Während eines Momentes der Ablenkperiode wird der Strom durch die Spule 18 durch deren abklingendes magnetisches Feld geliefert, und die Batterie 20 wirkt als Puffer; während der anderen Hälfte des Ablenkzyklus wird der Strom von der Batterie geliefert.
Der zeitliche Verlauf des Spulenstromes wird in der Schwingungsfolge C gezeigt. Eine gestrichelte Linie 40 deutet den Punkt an, bei dem die Kollektorelektrode 16 nicht mehr positiv gegenüber der Basiselektrode 14 ist. Während der ersten Hälfte der Ablenkperiode, d. h. links der gestrichelten Linie 40, ist die von dem abklingenden Magnetfeld der Spule erzeugte Spannung, wie oben erwähnt, wenig größer als die Spannung der Batterie 20, so daß sich der Spulenstrom in etwas stärkerem Maße als während der zweiten Hälfte der Ablenkperiode, d. h. rechts von der ge-

strichelten Linie 40, ändert, wenn die an die Spule angelegte Spannung etwas kleiner als die Batteriespannung 20 sein muß. Diese geringe Änderung der Spannung in dem Spannungsverlauf B und die geringe Stromänderung in dem Stromverlauf C können auf den ersten Blick als Anzeichen eines merkbaren Grades von Nichtlinearität erscheinen. Praktisch sind diese Änderungen so gering, daß sie kaum wahrnehmbar sind. In den Kurvendarstellungen sind die Änderungen zum besseren Verständnis der Wirkungsweise in unrichtigem Maßstab wiedergegeben.

Während des links der gestrichelten Linie 40 liegenden Teils der Periode braucht der Emitter 12 nicht in Betrieb zu sein, da der gesamte Spulenstrom durch das verschwindende Magnetfeld geliefert wird und daher das Anlegen einer Spannung an die Spule nicht nötig ist. Um Leistung zu sparen, die sonst zwischen dem Emitter 12 und der Basiselektrode 14 verbraucht werden würde, kann man der an den Emitter gelegten Spannung die in den Kurvenverläufen D, E oder F der Fig. 2 gezeigt Form geben.

Da die Halbleiteranordnung während des rechts der gestrichelten Linie 40 liegenden Teils der Periode als Transistor arbeitet, ist es erwünscht, daß der Transistor gesättigt ist, damit er eine niederohmige Verbindung zwischen dem oberen Ende der Spule 18 und der Batterie 20 bildet. Daher muß der Emitter 12 während dieses Teils der Periode nur so viel oder mehr Träger liefern, als der Kollektor 16 aufnehmen kann. Alle diesen' Betrag übersteigenden Trägermengen fließen zur Basiselektrode 14 ab und verursachen nutzlose innere Verluste. Ein maximaler Wirkungsgrad kann erzielt werden, wenn die von der Quelle 2 gelieferte Spannung den Verlauf der gezeigten Kurvenform D aufweist, da der Transistor hierdurch dazu gebracht wird, während des rechts liegenden Teils der Periode in der Sättigung zu arbeiten. Die von der Quelle 2 gelieferte Spannung kann aber auch gemäß den Kurvenformen E und F verlaufen. Diese sind zwar leistungsgemäß weniger wirksam, können aber unter gegebenen Umständen leichter zu erhalten sein.

In Fig. 3 liefert eine Quelle 42 eine Spannungs- oder Stromwelle 44 an die Basiselektrode 46 einer Halbleiteranordnung 47. Die andere Seite der Quelle ist mit einer Emitterelektrode 48 verbunden. Das obere Ende einer Spule 50 ist mit einer Kollektorelektrode 52 verbunden. Der negative Pol einer Batterie 49 oder einer anderen Quelle von konstantem Potential ist mit dem unteren Ende der Ablenkspule 50 und der positive Pol mit der Kollektorelektrode 48 verbunden. Erforderlichenfalls kann ein Kondensator 51 parallel zu der Spule 50 geschaltet werden. Die in dieser Ausführungsform der Erfindung angegebene Schaltung der Halbleiteranordnung47 ist unter dem Namen geerdete Emitterschaltung bekannt; ihre Wirkungsweise ist ähnlich derjenigen der Fig. 1, abgesehen davon, daß der als Folge des Abklingens des Magnetfeldes der Spule50 fließende Strom jetzt sowohl durch dieQuelle 42 als auch zwischen der Kollektorelektrode 52 und der Basiselektrode 46 fließt. In Fig. 1 verlief nur ein kleiner Teil dieses Stromes durch die Quelle 2. In Fig. 3 fließt dagegen der Strom in der Zeit, während der die Stromlieferung durch die Batterie 49 erfolgt, durch die Quelle 42. Es ist daher erwünscht, daß die Quellen 2 und 42 einen niedrigen Wechselstromwiderstand für Frequenzen in der Nähe der Ablenkfrequenz haben.

Der Wechselstromwiderstand der Quellen 2 und 42 kann für Ablenkfrequenzen hinreichend niedrig gemacht werden, wenn man Transformatoren oder Schaltungen mit Transistoren verwendet. Es ist außerdem möglich, den Scheinwiderstand dieser Quellen dadurch zu vermindern, daß man Energie von den Ablenkspulen zu der Emitterelektrode 12 der Fig. 1 oder zu der Basiselektrode 46 der Fig. 3 zurückkoppelt. Dies kann auf verschiedenen Wegen erreicht werden, von denen einer in Fig. 4 (die im übrigen mit Fig. 3 identisch ist) angedeutet wird. In dieser Figur ist eine

ίο magnetisch mit der Ablenkspule 50 gekoppelte Wicklung 54 zwischen die Emitterelektrode 48 und die Basiselektrode 46 gelegt. Der Wicklungssinn der Wicklung 54 ist derart, daß die an der Basiselektrode 46 eingekoppelte Energie entdämpfend wirkt.

Wenn es aus bestimmten Gründen nicht erwünscht ist, von den obigen Verfahren zur Schaffung eines effektiv kleinen Wechselstromwiderstandes für die Quelle 42 Gebrauch zu machen, so kann die Quelle durch eine Diode 56 entsprechend Fig. 5 überbrückt werden. Im übrigen ist Fig. 5 mit Fig. 3 identisch. Der als Folge des Abklingens des magnetischen Feldes der Ablenkspule 50 fließende Strom durchläuft die durch die Kollektorelektrode 52 und die Basiselektrode gebildete Diode und auch die Diode 56.

Es ist für den Fachmann einleuchtend, daß pnp-Transistoren durch npn-Transistoren ersetzt werden können, wenn die Polaritäten der Impulsspannungen der Quellen 2 und 42 und die der Batterien 20 und 49 umgekehrt und auch die Dioden 30 und 56 umgekehrt werden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Ablenkschaltung zur Erzeugung sägezahnförmiger Ströme mit einem Halbleitertransistor als Schalter für Hin- und Rücklauf, bei der die Ablenkspule mit einem Ende an den Kollektor angeschlossen ist und einer Eingangselektrode des Transistors Steuerimpulse zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (18, 50) mit ihrem anderen Ende an den negativen Pol einer Spannungsquelle (20, 49) und der positive Pol dieser Spannungsquelle an die gemeinsame Elektrode (14, 48) des unsymmetrischen Transistors angeschlossen ist, während die Steuerimpulse zwischen der Eingangselektrode (12, 46) und der gemeinsamen Elektrode (14, 48) von einer Impulsquelle niedrigen Innenwiderstandes derart zugeführt werden, daß an dem Kollektor (16, 52) eine Ausgangsspannung von solcher Form erzeugt wird, daß während deren Schwingungsperiode in einem ersten Intervall ein Strom von der Spannungsquelle über die Entladungsstrecke zwischen Eingangselektrode und Kollektor zur Spule fließt, in einen zweiten Intervall kein Strom in der Halbleitervorrichtung auftritt und in einem dritten Intervall ein Strom von der Spule durch die Entladungsstrecke zwischen Kollektor und gemeinsamer Elektrode fließt.

2. Ablenkschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsquelle (2) in dem ersten Zeitintervall eine solche Spannung liefert, die gerade ausreicht, um eine Sättigung zwischen der Eingangselektrode (12, 46) und Ausgangselektrode (16, 52) herbeizuführen, in dem restlichen Teil der Periode aber eine Gegenvorspannung zwischen der Eingangselektrode (12, 46) und der gemeinsamen Elektrode (14, 48) erzeugt.

3. Ablenkschaltung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die

und die Basiselektrode Rückkopplungskreiis einge-

Kollektorelektrode
ein entdämpfender
schaltet ist.

4. Ablenkschaltung nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu der Basis-Emitter-Strecke eine Halbleiterdiode (56) mit

solcher Polung liegt, daß ein Stromfluß von der Basiselektrode zur Emitterelektrode ermöglicht wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
»Electronic Engineering«, September 1953, S. 361.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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