DE4402663C2 - Verfahren und Anordnung zum Minimieren elektrischer Wechselfelder in der Umgebung von Bildschirmsichtgeräten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 4.

Die Gefahren, die beim Arbeiten an Bildschirmsichtgeräten auftreten, wurden in den 80iger Jahren diskutiert. Diese Diskussionen haben dazu geführt, daß es bei solchen Geräten Standard geworden ist, Emissionen unterschiedlicher Art, z. B. Magnetfelder, elektrische Felder usw. auf einem möglichst geringen Pegel zu halten. Des weiteren wurden Methoden für ein freiwilliges Testen von Bildschirmen eingeführt. Etwa ab 1987 haben sich die Hersteller von Bildschirmsichtgeräten darauf geeinigt, bestimmte emp­ fohlene Werte, die nach diesen Meßmethoden ermittelt werden, einzuhalten. In be­ stimmen Fällen ist es jedoch erforderlich, noch höhere, anwenderspezifische Forderun­ gen zu erfüllen. Die Möglichkeit, vergleichsweise niedrige Meßwerte bei diesen freiwil­ ligen Tests vorweisen zu können, ist für den Vertrieb ein wichtiges Argument. Verbes­ serte Methoden zum freiwilligen Testen von Bildschirmsichtgeräten schließen das Te­ sten auf elektrische Wechselfelder mit ein. Diese Felder werden häufig in zwei Fre­ quenzbändern gemessen, nämlich in Band I (5 Hz-2 kHz) und Band II (2 kHz-400 kHz).

Die elektrischen Wechselfelder, die an einem Bildschirmsichtgerät, vorzugsweise an einer Kathodenstrahlröhre auftreten, werden durch eine Reihe von unterschiedlichen elektrischen, im Gerät vorhandenen Komponenten erzeugt. Es ist verhältnismäßig ein­ fach, die elektrischen Wechselfelder in allen Richtungen mit Ausnahme der Vorwärts­ richtung unmittelbar vor dem Schirm abzuschirmen, z. B. mit Hilfe von Abschirmplatten, elektrisch leitenden Außengehäusen oder mit Hilfe elektrisch leitender Schichten oder Beläge an einem äußeren Gehäuse aus Kunststoff. Das elektrische Wechselfeld, das sich von der Schirmfläche einer Kathodenstrahlröhre nach vorne erstreckt, wird durch Ände­ rungen in der Beschleunigungsspannung hervorgerufen, die innerhalb des Frontglases des Bildschirmsichtgerätes angelegt wird.

Eine Methode, um die Einflüsse elektrischer Wechselfelder, die vor einem Bildschirm erzeugt werden, in den Griff zu bekommen, sieht u. a. die Verwendung eines Transfor­ mators im Hochspannungsteil mit niedriger innerer Impedanz vor, obgleich diese Lö­ sung aufwendig ist, wenn das Resultat wirksam sein soll. Eine weitere Methode sieht die Kopplung eines externen Kondensators an der Beschleunigungsspannung vor. Diese Lösung ergibt eine Glättung der Beschleunigungsspannung.

Andere Methoden beruhen darauf, eine elektrisch leitende Platte, Tafel oder dergl. vor der Bildröhre anzuordnen. Diese Lösung macht eine Platte oder Tafel mit sehr hoher Stromleitfähigkeit erforderlich, um die Wechselfelder in beiden Bändern I und II zu re­ duzieren. Deshalb sind solche Tafeln teuer und/oder führen zu Beeinträchtigungen der synergonomischen Eigenschaften. Beispielsweise liegen die Bilder nicht mehr in der Brennebene, d. h. sie sind verwischt, und die Lichtausbeute ist schlechter als bei Stan­ dardschirmen, d. h. daß die Tafel oder Platte nicht mehr die volle Lichtübertragung er­ gibt.

In der WO 93 10 537 A1 der Anmelderin ist eine Anordnung zum Minimieren elektri­ scher Wechselfelder beschrieben, die in der Umgebung eines Bildschirmsichtgerätes auftreten. Das Bildschirmsichtgerät ist mit einem an Spannung liegenden Teil, z. B. ei­ nem elektrisch leitenden Überzug versehen, auf dem unerwünschte Spannungsände­ rungen auftreten. Die unerwünschten Spannungsänderungen werden ermittelt, ein Si­ gnal, dessen Phase in bezug auf die ermittelten Spannungsänderungen invertiert ist, wird erzeugt, und das Signal an den spannungsführenden Teil an­ gelegt. Im Falle dieser bekannten Anordnung werden die unerwünschten Spannungsän­ derungen hauptsächlich indirekt ermittelt, z. B. von dem Ablenkspulenpaket und an ei­ ner Wicklung am Hochspannungstransformator. Diese Methode wurde angewandt, weil der Hauptzweck darin bestand, unerwünschte Spannungsänderungen innerhalb des Bandes II zu kompensieren, und weil die Hauptquelle dieser Änderungen im wesentli­ chen als das Ergebnis der Kapazität entsteht, die zwischen der Aluminiumschicht der Anode auf der Innenseite der Bildröhre und dem Ablenkspulenpaket um den Hals der Röhre auftritt.

Des weiteren ist aus der EP 0 498 589 A2 ein Verfahren und eine Anordnung der gat­ tungsgemäßen Art bekannt. Hierbei ist der Hochspannungs-Glättungskondensator C3 bereits mit seinem anderen Ende von Erde getrennt, und diesem Ende wird eine Kom­ pensationspannung zugeführt, die so phasenverschoben ist, daß sie in Gegenphase zu den unerwünschten Spannungsänderungen liegt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen, um bei Bildschirmsichtgeräten, vorzugsweise Kathodenstrahlröhren, in der Nähe der Bildröhre und insbesondere vor dem Bildschirm die Auswirkungen elektrischer Wechselfelder möglichst gering zu halten, und auf der Anode oder der elektrisch leitenden Schicht in der Nähe der Elektrode derartiger Bildschirmsichtgeräte niederfrequente Spannungswel­ ligkeiten zu kompensieren.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Kennzeichens des Anspruches 1 sowie einer Anordnung mit den Merkmalen des Kenn­ zeichens des Anspruches 4 gelöst. Weitere Ausgestaltungen nach der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Kompensationsspannung wird dabei in Abhängigkeit von dem durch den Hoch­ spannungs-Glättungskondensator hoher Kapazität fließenden Strom erzeugt. Zwischen Hochspannungs-Kondendensator und Erde wird eine Kompensationsschaltung einge­ schaltet, die als negativer Kondensator mit einer Kapazität wirkt, die um einen vorbe­ stimmten Faktor größer ist als die Kapazität des Hochspannungskondensators.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeich­ nung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Schnittansicht durch eine CRT-Bildröhre und eine schematisch dargestellte Kopplungsschaltung nach einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 ein spezielles Ausführungsbeispiel einer Kopplungs­ schaltung nach der ersten Ausführungsform, und

Fig. 3 eine Bildröhre und eine zweite Ausführungsform einer Kopplungsschaltung.

Die Bildröhre nach Fig. 1 weist ein äußeres Glasgehäuse 1 auf. Das Glasgehäuse hat eine Bildröhrenstirnfläche 2, die flach und rechteckförmig in Vorwärtsrichtung auf einen Betrachter zu ausgebildet ist. Die Röhre verjüngt sich nach hinten und läuft in einen rohrförmigen Teil aus, der als Röhrenhals bezeichnet wird.

Die Innenfläche der Vorderseite 2 der Röhre ist mit einer Schicht 4 aus fluoreszierenden Salzen überzogen. Ein dünner Aluminiumbelag, der sowohl reflektierend als auch elektrisch leitend ist, ist auf die Innenfläche des Außengehäuses 1 innerhalb der fluoreszierenden Schicht 4 an der Vorderseite der Röhre und direkt gegen die Gehäusefläche des sich verjüngenden Teils des Gehäuses zwischen dem Hals 3 der Röhre und der Frontseite 2 der Röhre, und ferner in einem kurzen Abstand auf die Innenfläche des Röhrenhalses 3 aufgebracht, ist elektrisch mit der Beschleunigungselektrode 6 der Bildröhre verbunden, und wirkt als Anode. Eine elektrisch leitende Kohlenstoffschicht 7 ist auf die Außenfläche des äußeren Gehäuses 1 zwischen dem Röhrenhals 3 und der Vorderseite 2 der Röhre aufgebracht.

Der Hals der Bildröhre 3 weist eine Elektronenkanone auf, die ein Heizelement 8, eine von dem Heizelement 8 beheizte Kathode 9, eine Beschleunigungselekrode 6 und Steuergitter 10, 11, 12 besitzt. Elektronen können durch die Gitter in der Elektronenkanone hindurchtreten und werden durch die Beschleunigungsspannung beschleunigt, die an die Beschleunigungselektrode und die Schicht 5 angelegt wird, so dass sie auf die fluoreszierende Schicht 4 auf der Vorderseite 2 der Bildröhre 1 auftreffen. Die Schicht 4 aus Fluoreszenzsalzen emittiert Licht, wenn die Elektronen auftreffen.

Ein Ablenkspulenpaket 13 ist um den Hals der Röhre befestigt. Dieses Spulenpaket weist zwei Paare von Wicklungen auf, und ein Magnetfeld, das in zwei zueinander entgegengesetzten, aufeinander senkrecht stehenden Richtungen variabel ist, kann mit Hilfe dieser Wicklungen und durch Steuerung der Wicklungen in entsprechender Weise erzeugt werden. Die Elektronen werden abgelenkt, wenn sie dieses Magnetfeld durchlaufen. Die Auftreffstelle der Elektronen auf der Frontfläche der Bildröhre wird mit Hilfe des Ablenkspulenpakets gesteuert. Das Ablenkspulenpaket 13 wird entsprechend der Bildröhre geformt, und das Spulenpaar, das in unmittelbarer Nähe der Bildröhre angeordnet ist, erhält eine kapazitive Kopplung C2 mit der Aluminiumschicht 5, die innerhalb der Bildröhre auf der Innenseite des Gehäuses angeordnet ist.

Wird die Bildröhre angeschaltet, wird eine Beschleunigungsspannung zwischen Aluminiumschicht 5 und Kathode 9 angelegt. Die Kohlenstoffschicht 7 liegt an 0 V, d. h. auf Erdpotential. Die Beschleunigungsspannung zwischen Kathode 9 und Beschleunigungselektrode 6 ist mit der Beschleunigungselektrodenseite auf einer Seite der Bildröhre in einem getrennten Kontakt VG5 gekoppelt, der mit der Aluminiumschicht 5 verbunden ist und normalerweise eine Spannung von zwischen 12 kV und 30 kV, je nach Anwendungsfall, erhält. Die Schichten 5 und 7 bilden dabei einen Kondensator C1, der auf die Beschleunigungsspannung aufgeladen wird und der einen Energiespeicher bildet.

Ein Hochspannungstransformator Tr ist in Serie mit einer oder mehreren Dioden D1 zwischen Erde und Anode 5 der CRT-Röhre gelegt. Ein hoher Ohmscher Widerstand R1 ist parallel zum Hochspannungsgenerator Tr geschaltet. Dies ist Stand der Technik.

Ein Verbindungsanschluss eines Kondensators C3 ist mit der Anode 5 verbunden. Der andere Anschluss dieses Kondensators ist normalerweise an Erde gelegt. Der Kondensator C3 wirkt als Glättungskondensator. Es ist jedoch ein Kondensator mit sehr hoher Kapazität erforderlich, um eine ausreichende Glättung zu erzielen, damit die Welligkeit an der Anode auf ein Minimum gedämpft wird. Herkömmliche Glättungskondensatoren sind nur in der Lage, Anodenwelligkeiten bis zu einem bestimmten Grenzwert zu dämpfen.

Gemäß der Erfindung ist eine Schaltung 20 zwischen Kondensator C3 und Erde geschaltet; diese Schaltung wirkt als negativer Kondensator mit einer Kapazität C4. Die resultierende Kapazität ist dann:

C = (C3 . (-C4))/C3 + (-C₄)) = C3 . C4/(C4 - C3)

Damit kann die resultierende Kapazität extrem groß gemacht werden, wenn die negative Kapazität C4, die von der Schaltung 20 erzeugt wird, unwesentlich größer ist als die Kapazität des Kondensators C3.

Eine zweckmäßige Methode, um diese negative Kapazität C4 zu erzielen, ist schematisch in Fig. 2 gezeigt. Der invertierende Eingang eines Operationsverstärkers OA ist mit dem Hochspannungskondensator C3 verbunden. Der eingehende Strom ist I_ripple und wird nachstehend als I1(t) bezeichnet, um zu zeigen, dass der Strom eine Funktion der Zeit t ist. Der Ausgang des Operationsverstärkers wird in den invertierenden Eingang ((-) Eingang) über einen Kondensator C5 und mit seinem nichtinvertierenden Eingang ((+) Eingang) über einen Widerstand R2 mit dem Widerstandswert R rückgekoppelt. Der (+) Eingang ist mit Erde über einen Widerstand R3 mit dem Widerstandswert k . R verbunden, wobei k eine Konstante ist. Eine Spannung U1 liegt am Widerstand R3, eine Spannung U2 steht zwischen Ausgang des Verstärkers UA und Erde an, und eine Spannung Uc besteht am Kondensator C5. Es gelten folgende Gleichungen:

Die Stromkreisimpedanz Z1 beträgt:

Eine andere Möglichkeit, um auszudrücken, wie die Schaltung 20 nach Fig. 2 arbeitet, ist folgende: Der Kondensator C3 ist mit der Anode 5 verbunden und hat somit die Welligkeitsspannung U_ripple, die an einem Anschluss des Kondensators kompensiert wird. Die Schaltung 20 zeigt den Welligkeitsstrom I1(t) im Hochspannungskondensator C3 an der Stelle A an. Eine Spannung U(~ U1) wird an der Stelle A erzeugt, so dass gilt -U = α . U_ripple, wobei α eine Konstante der Größe 0 < α < 1 ist. Dies bedeutet, dass die Spannung U die Spannung U_ripple im wesentlichen ausbalanciert.

Der gleiche Stromkreis ergibt eine Kompensation mit dem Faktor α sowohl für Band I als auch für Band II, obwohl es zweckmäßig sein kann, eine weitere Kompensation innerhalb des Bandes II vorzunehmen, weil die Quellen der unerwünschten Spannungsänderungen innerhalb des Bandes I durch den inneren Widerstand im Hochspannungsgenerator bedingt sind, und weil die unerwünschten Spannungsänderungen innerhalb des Bandes II im wesentlichen aufgrund der Kapazität C2 zwischen dem Ablenkspulenpaket 13 und der Anode 5 bedingt sind. Dies ist von besonderer Bedeutung im Falle von Farbbildröhren.

Fig. 3 zeigt eine Kompensationsschaltung, die unterschiedliche Grade der Kompensation für Band I und Band II ergibt. Die Schaltung zum Kompensieren unerwünschter Spannungsänderungen innerhalb des Bandes I weist den Operationsverstärker OA' mit einem Rückkopplungskondensator C5' parallel zu einem hochohmigen Widerstand R4 auf. Ein niederohmiger Widerstand R5 ist zwischen den Hochspannungskondensator C3 und den (-) Eingang des Operationsverstärkers OA' geschaltet. Die Stelle A ist mit der Verbindungsstelle zwischen zwei in Serie geschalteten Dioden D1, D2 verbunden, die in ihrer Sperrrichtung zwischen einer Betriebsspannungsquelle +Vcc und Erde als Stromkreisschutz in herkömmlicher Weise eingeschaltet sind.

Ein Widerstand R2' ist zwischen den OA' Ausgang und den (+) Eingang des Operationsverstärkers geschaltet. Ein Abgleich-Widerstand R8 ist zwischen die Verbindungsstelle von zwei in Serie geschalteten Widerständen R6 und R7, die zwischen die Betriebsspannungsquelle +Vcc und Erde geschaltet sind und den (+) Eingang des Operationsverstärkers OA' geschaltet. Die vorerwähnte Kompensationskonstante α kann mit dem Widerstand R8 abgeglichen werden.

Die zusätzliche Kompensation für Band II wird nach der vorbeschriebenen WO 93 10 537 A1 erhalten.

Die Spannungsänderungen an der Beschleunigungsspannung werden nicht direkt ermittelt, sondern über eine Sekundärwicklung 21 am Hochspannungstransformator Tr mit erheblich niedrigerer Spannung, die leicht beherrscht werden kann. Ein Ende der Sekundärwicklung 21 ist mit Erde verbunden. Das andere Ende der Sekundärwicklung 21 ist über einen Widerstand R9 an eine Phasenschieberstufe 22 gelegt und mißt einen Strom 11 in den Eingang einer Phasenschieberstufe 22.

Das Ablenkspulenpaket 13 wird ferner von dem Hochspannungstransformator (nicht dargestellt) gespeist. Ein Strom i₂ wird deshalb aus dem Ablenkspulenpaket 13 über einen Widerstand R10 in den Eingang der Phasenschieberstufe 22 gespeist und dem Strom i₁ in entsprechender Proportion hinzuaddiert.

Das Ausgangssignal aus der Phasenschieberstufe 22 wird an die Verbindungsstelle B des Spannungsteilers R6, R7 über einen Kondensator C6 und einen Abstimmwiderstand R11 gelegt. Das zusätzliche Ausmaß der Kompensation für das Band II wird am Widerstand R11 abgestimmt. Die Phasenverschiebung an der Phasenschieberstufe 22 wird der Phasenverschiebung angepasst, die in der Schaltung OA', C5', R4 und R5 auftritt, so dass das an der Stelle B aus der Phasenschieberstufe ankommende Signal an der Stelle A als ein angepasster Teil in Gegenphase zum Eingangssignal in die Phasenschieberstufe auftritt und der Spannung -α . U_ripple überlagert wird.

Claims (8)

1. Verfahren zum Minimieren elektrischer Wechselfelder, die in der Umgebung eines Bildschirmsichtgerätes (1) erzeugt werden, das einen spannungsführenden Teil (5) aufweist, an dem unerwünschte Spannungsänderungen, die für die elektrischen Wechselfelder ursächlich sind, auftreten, wobei ein Ende eines Hochspannungs­ glättungskondensators (C3) hoher Kapazität mit dem spannungsführenden Teil (5) verbunden ist, und dem anderen Ende des Hochspannungskondensators (C3), das von Erde getrennt ist, eine Kompensationsspanung, die so phasenverschoben ist, daß sie in Gegenphase zu den unerwünschten Spannungsänderungen liegt, zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) der Strom durch den Hochspannungskondensator (C3) am anderen Ende des Hochspannungskondensators ermittelt, und
• b) die Kompensationsspannung in Abhängigkeit vom ermittelten Strom erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der erzeugten Kompensationsspannung so eingestellt wird, daß sie sich um einen gegebenen Faktor (α) von der Größe der unerwünschten Spannungsänderungen unterscheidet, wobei der Faktor (α) zwischen den Werten 0 und 1 liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ferner ein Signal ermittelt wird, das von unerwünschten Spannungen abhängig ist, die durch Änderungen in der Beschleunigungsspannung des Bildschirmsichtgerätes verursacht werden, daß das ermittelte Signal phaseninvertiert wird, und ein angepaßter Teil davon der Kompensationsspannung, die in Abhängigkeit des Stromes durch den Hochspannungskondensator (C3) erzeugt wird, überlagert wird, um unterschiedliche Grade der Kompensation für elektrische Wechselfelder in einem Niederfrequenzband mit einem Frequenzbereich zwischen 5 Hz und 2 kHz und in einem Hochfrequenzband mit einem Frequenzbereich zwischen 2 kHz und 400 kHz zu erhalten.

4. Anordnung zum Minimieren elektrischer Wechselfelder, die in der Umgebung eines Bildschirmsichtgerätes (1) erzeugt werden, das einen spannungsführenden Teil (5) aufweist, an dem unerwünschte Spannungsänderungen, die für die elektrischen Wechselfelder ursächlich sind, auftreten, mit einem Hochspannungsglättungskondensator (C3) hoher Kapazität, der mit dem spannungsführenden Teil (5) verbunden ist, wobei zwischen Hochspannungs­ kondensator (C3) und Erde eine Kompensationsschaltung (20) eingeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsschaltung (20) als negativer Kondensator mit einer Kapazität wirkt, deren Betrag um einen vorbestimmten Faktor größer ist als die Kapazität des Hochspannungskondensators (C3).

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsschaltung (20) einen Operationsverstärker (OA) aufweist, dessen invertierender Eingang mit dem Hochspannungskondensator (C3) verbunden ist, und dessen Ausgang rückgekoppelt mit dem invertierenden Eingang über einen Kondensator (C5) und mit dem nichtinvertierenden Eingang über einen Widerstand (R2) mit einem Widerstandswert R verbunden ist, wobei der nichtinvertierende Eingang des Verstärkers über eine Widerstandsvorrichtung (R3; R6-R7) mit einem Widerstandswert k . R (R und k sind Konstanten) an Erde gelegt ist.

6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsänderungen am spannungsführenden Teil innerhalb eines Frequenzbandes ermittelt und einer Phasenschieberschaltung (22) zugeführt werden, daß ein angepaßter Teil des Ausgangssignals der Phasenschieberschaltung an einen Eingang der Kompensationsschaltung (20) gelegt ist, und daß die Phasenschieberschaltung (22) eine solche Phasenverschiebung erzeugt, daß ein angepaßter Teil des Eingangssignals der Phasenschieberschaltung (22) im Betrieb der Anordnung als ein überlagertes phaseninvertiertes Signal an der Verbindungsstelle (A) der Kompensationsschaltung (20) mit dem Hochspannungskondensator erscheint.

7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert der Widerstandsvorrichtung (R3; R6-R7) variabel ist, wobei die Konstante k variabel ist.

8. Anordnung nach Anspruch 6 in Verbindung mit Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerstand (R11) mit veränderlichem Widerstandswert zwischen die Phasenschieberschaltung (22) und den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers (OA) eingeschaltet ist.