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Selbstschwingende Vertikalablenkschaltung mit Transistoren Bei bekannten
Vertikalablenkschaltungen mit Transistoren (schweizerische Patentschrift 375 044)
liegt an der Basis eines die Endstufe steuernden Treibertransistors ein Ladekondensator,
der während der Hinlaufzeit über einen Widerstand langsam etwa zeitlinear aufgeladen
(oder entladen) und über die Kollektor-Ernitter-Strecke eines an die Basis des Treibertransistors
angeschlossenen Schalttransistors während der Rücklaufzeit schnell entladen (oder
aufgeladen) wird. Dabei wird durch einen Rückkopplungsweg von der Ausgangselektrode
der Endstufe zur Basis des Schalttransistors die gesamte Ablenkschaltung selbstschwingend
ausgebildet. Die Basis des Schalttransistors ist zu diesem Zweck einerseits über
ein Rückkopplungsnetzwerk, vorzugsweise über einen Rückkopplungskondensator, mit
der Ausgangselektrode der Endstufe und andererseits über einen frequenzbestimmenden
Widerstand mit einer Vorspannung verbunden.
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Derartige Schaltungen haben eine starke Abhängigkeit der Frequenz
von der Temperatur, deren Ursachen in der Beschreibung näher erläutert werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Abhängigkeit der Frequenz
von der Temperatur zu beseitigen. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird eine
besonders einfache Schaltung zur Erzielung eines sicheren Anschwingens der erfindungsgemäßen
Schaltung vorgeschlagen (Patentansprüche 4 und 5).
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Die Erfindung besteht darin, daß die Vorspannung durch Gleichrichtung
der Ausgangswechselspannung der Endstufe gewonnen wird.
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Beispielsweise ist die Ausgangselektrode der Endstufe mit Erde über
die Reihenschaltung einer Diode und eines Kondensators verbunden, an deren Verbindungspunkt
der frequenzbestimmende Widerstand angeschlossen ist. Um die Anschwingsicherheit
der Schaltung sicherzustellen, kann der Punkt, an dem sich die Vorspannung ausbildet,
oder ein Punkt im Rückkopplungsnetzwerk mit der Betriebsspannung über einen zusätzlichen
Widerstand verbunden sein.
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Die bekannte Schaltung, die zu der genannten Frequenzinstabilität
führenden Ursachen und die erfindungsgemäße Schaltung werden im folgenden an Hand
der Figuren näher erläutert.
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F i g. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltung; F i g. 2 zeigt Kurvenformen
zur Erläuterung der genannten Ursachen und der Wirkungsweise der Erfindung; in F
i g. 3 ist ein praktisches Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
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Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
F i g. 1 zeigt zwei die Endstufe bildende Transistoren 1, 2, deren Emitter miteinander
verbunden und über einen Koppelkondensator 3 an eine Ablenkspule 4 angeschlossen
sind. Der Kollektor des Transistors 2 ist geerdet und der Kollektor des Transistors
1 an eine positive Betriebsspannung angeschlossen. Die Basen der Transistoren 1,
2 sind miteinander mit dem Kollektor eines Treibertransistors 5 und über einen Widerstand
6 mit der positiven Betriebsspannung verbunden. Der Widerstand 6 ist in zwei Widerstände
6 a, 6 b aufgespalten und ihr Verbindungspunkt über einen Kondensator 29 an die
Emitter der Transistoren 1, 2 angeschlossen, damit während des Rücklaufs der Transistor
1 voll bis in die Sättigung durchschalten kann. Der Emitter des Treibertransistors
5 ist über einen Widerstand 7 geerdet und seine Basis über einen Ladekondensator
8 und einen Widerstand 28 geerdet und über einen Ladewiderstand 9 mit der positiven
Betriebsspannung verbunden. Parallel zum Ladekondensator 8 liegt die Kollektor-Emitter-Strecke
eines Schalttransistors 10, dessen Basis über einen frequenzbestimmenden Widerstand
11 an eine positive Vorspannung am Punkt 19 und über die Reihenschaltung eines Rückkopplungskondensators
12 mit einem Widerstand 13
an die Ausgangselektrode der Endstufe
angeschlossen ist. Die soweit beschriebene Schaltung ist bekannt. Ihre Wirkungsweise
wird an Hand der F i g. 2 erläutert.
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Der Ladekondensator 8, der in der Praxis meist als Miller-Kondensator
geschaltet und mit seinem unteren Ende mit der Ausgangselektrode der Endstufe verbunden
ist, hier jedoch zur Vereinfachung als gegen Erde geschaltet angenommen wird, wird
während der Hinlaufzeit über den Widerstand 9 langsam aufgeladen und während der
Rücklaufzeit über die Kollektor-Emitter-Strecke des Schalttransistors 10 schnell
entladen. Der Widerstand 28 bewirkt, daß während des Rücklaufs der Kondensator 8
nicht vollständig entladen wird. Dadurch springt nach Beendigung des Rücklaufs die
Spannung am Kondensator 8 auf einen gewissen Wert, um sodann weiter zeitlinear anzusteigen.
Auf diese Weise wird die zur Erreichung der kurzen Rücklaufzeit notwendige Rückschlagspannung
an der Ablenkspule 4 erzeugt. Die an der Basis des Treibertransistors 5 entstehende
sägezahnähnliche Spannung steuert die beiden komplementären Transistoren
1, 2 und erzeugt in der Ablenkspule 4 einen sägezahnförmigen Ablenkstrom.
Zu Beginn der Rücklaufzeit gelangt von der Ausgangselektrode der Endstufe ein positiv
gerichteter Impuls 14 auf die Basis des Schalttransistors 10 und steuert diesen
Transistor stark leitend, so daß der Ladekondensator 8 entladen wird. Während der
Rücklaufzeit wird der Kondensator 12 über die dann sehr niederohmige Basis-Emitter-Strecke
des Schalttransistors 10 aufgeladen, wobei die Basis des Schalttransistors 10 nur
geringfügig positiv gegenüber Erde werden kann. Am Ende der Rücklaufzeit wird der
Ladestrom über die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 10 so gering, daß
der Transistor 10 wieder nichtleitend wird und auch der positive Impuls 14
verschwindet. Da der Kondensator 12 inzwischen aufgeladen ist, fällt am Ende
des Impulses 14 die Spannung an der Basis des Schalttransistors 10 auf den
negativen Wert - U1 ab, der durch die Amplitude des Impulses 14 gegeben ist.
Bei nun hochohmiger Basis-Emitter-Strecke des Transistors 10 und nichtleitendem
Transistor 10 wird nun der Kondensator 12 über den Widerstand 11 gemäß Kurve 15
langsam so entladen, daß die Spannung an der Basis des Schalttransistors 10 gemäß
der Kurve 15 in Richtung der Vorspannung -I- U4 am Punkt 19 ansteigt, bis die Spannung
an der Basis des Schalttransistors 10 wieder etwa Nullpotential erreicht und der
Schalttransistor 10 wieder leitend wird.
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Die genannte Frequenzinstabilität dieser Schaltung entsteht auf folgende
Weise: Wenn aus irgendeinem Grund, z. B. durch Temperaturänderungen, die Frequenz
der Schaltung ansteigt, so sinkt die Amplitude der Ausgangsspannung, d. h. auch
die Amplitude der Impulse 14, weil in einer kürzeren Zeit der Ladekondensator 8
auf einen geringeren Spannungswert aufgeladen wird. Die Aufladung des Kondensators
12 während der Rücklaufzeit erfolgt dann beispielsweise nur auf den Wert - U,. Da
nun die langsame Entladung des Kondensators 12 während der Hinlaufzeit von diesem
Wert - UZ ausgeht (Kurve 16), wird die Nullinie früher als bei der Kurve 20 durchlaufen,
so daß die Frequenz weiter erhöht wird, die Ausgangsspannung weiter absinkt usw.
Es entsteht also praktisch ein kumulativer Vorgang, der eine große Frequenzinstabilität
bedingt. Es ist zwar bekannt, die Ausgangsamplitude mit einem temperaturabhängigen
Widerstand im Basiskreis eines Endtransistors zu stabilisieren. Diese Maßnahme bewirkt
aber keine ausreichende Stabilität der Frequenz bei Temperaturänderungen.
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Erfindungsgemäß wird nun das obere Ende des Widerstandes 11 nicht
an eine feste Vorspannung, sondern an eine Vorspannung angeschlossen, die von der
Ausgangsamplitude der Schaltung abhängig ist. Zu diesem Zweck ist in F i g. 1 die
Ausgangselektrode der Endstufe über die Reihenschaltung einer Diode 17 mit einem
Kondensator 18 mit Erde verbunden, an deren Verbindungspunkt 19 der Widerstand 11
angeschlossen ist. Wenn jetzt die Amplitude der Ausgangsspannung auf den Wert -
U, abfällt, so ändert sich gleichzeitig die Spannung am Punkt 19 von -h U4
auf -f- U3. Da die Entladung des Ladekondensators 12 nun in Richtung dieser Spannung
+ U3 geht, verläuft jetzt die Spannung an der Basis des Schalttransistors 10 nach
der Kurve 20, also in erwünschter Weise flacher, so daß nun die Spannung an der
Basis des Schalttransistors 10 wieder etwa in einem solchen Zeitpunkt durch Null
geht, daß die Frequenz der erzeugten Schwingung annähernd unverändert bleibt. Die
Spannung, nach der die langsame Entladung des Kondensators 12 während der Hinlaufzeit
stattfindet, wird also gemäß der Erfindung in solchem Sinne der Amplitudenänderung
angepaßt, daß die Periodendauer der Umladung, damit auch die Frequenz, konstant
bleiben.
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In F i g. 1 ist der Punkt 19 zusätzlich über einen Widerstand 21 mit
der Betriebsspannung + Uo verbunden. Dieser Widerstand hat folgende Bedeutung: Ohne
eine Gleichspannung am Punkt 19 kann die Schaltung nicht einwandfrei anschwingen.
Andererseits kann sich eine Gleichspannung am Punkt 19 aber erst ausbilden, wenn
die Schaltung schwingt. Durch den Widerstand 21 wird nun beim Einschalten der Schaltung
von der Betriebsspannung -I- Uo eine Hilfsspannung auf die Basis des Schalttransistors
10
übertragen, die die Schaltung zum Anschwingen bringt. Der Widerstand 21
wird so bemessen, daß in einem angenommenen nicht schwingenden Zustand am Punkt
19 eine Spannung steht, die wesentlich kleiner ist (z. B. die Hälfte) als im schwingenden
Zustand. Dadurch wird sichergestellt, daß die Spannung am Punkt 19 im in Frage kommenden
Bereich mit der Amplitude der Ausgangsspannung mitlaufen kann und so frequenzstabilisierend
wirkt.
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In F i g. 1 liegt zwischen der Basis des Schalttransistors
10 und dem Emitter des Treibertransistors 5 die Reihenschaltung einer Diode
22 mit einem Widerstand 23. Diese Reihenschaltung, die Gegenstand einer anderen
Patentanmeldung ist, dient dazu, die Anschwingsicherheit der Schaltung zu gewährleisten,
indem durch Übernahme eines Teils des Stromes durch den Widerstand 11 während der
Rücklaufzeit sichergestellt wird, daß der Schalttransistor 10 am Ende der Rücklaufzeit
in den nichtleitenden Zustand gelangt. Andernfalls würde der im Widerstand 11 fließende
Strom ausreichen, den leitenden Zustand des Transistors 10 aufrechtzuerhalten
und die Schwingung zu unterbrechen.
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Durch die Erfindung wird also die Abhängigkeit der Frequenz von Temperaturänderungen
weitgehend beseitigt. Außerdem wird der Vorteil erzielt, daß bei der Amplitudeneinstellung
die Frequenz nicht beeinflußt wird, wie es für selbstschwingende Schaltungen
charakteristisch
ist. Dies ist darauf zurückzuführen, daß, wie oben erläutert, die Ladespannung für
den Kondensator 12 im richtigen Sinn den Amplitudenänderungen angepaßt wird.
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F i g. 3 zeigt ein praktisches Ausführungsbeispiel. Diese Schaltung
enthält die Schaltungselemente 21, 22, 23 von F i g. 1 nicht. Bei dieser Schaltung
wird als Beispiel eine einfachere Maßnahme zur Sicherstellung des Anschwingens als
die Schaltungselemente 21, 22 und 23 angewandt. Zur Erzielung der Anschwingsicherheit
dient hier ein Widerstand 24, der außerdem zu einem im Rückkopplungsweg liegenden
Differenzierglied gehört. Wird Betriebsspannung angelegt, so wird der Transistor
10 über den Widerstand 24 voll durchgeschaltet. Dadurch entsteht am Ausgang ein
positiver Spannungssprung, welcher zur Aufladung des Kondensators 18 führt. Der
Transistor 10 bleibt aber durchgeschaltet, so daß die Schaltung nicht schwingen
kann und die Hilfsspannung wieder absinkt. Nach einer gewissen Zeit durchläuft diese
Spannung einen Bereich, in dem der Schalttransistor 10 aus der Sättigung
herauskommt und die Schaltung volle Verstärkungsfähigkeit aufweist. Dies ist der
Zustand, in dem die Schaltung anschwingen kann. Eine Unterbrechung der Schwingung
wie bei der Anlegung der Betriebsspannung tritt jetzt nicht mehr auf, da durch entsprechende
Auslegung des Rückkopplungsweges (doppelte Differenzierung) für die jetzt einsetzenden
dynamischen Vorgänge der Basisstrom des Transistors während des Rücklaufs auf einen
genügend kleinen Wert absinkt und so der Rücklauf beendet wird. In Reihe zur Diode
17 liegt noch ein Widerstand 30, der folgende Bedeutung hat: Kurz nachdem die Betriebsspannung
eingeschaltet ist, in der Zeit also, in der die Hilfsspannung am Widerstand 11 abklingt
und noch kein Schwingungseinsatz erfolgte, liegt an den Emittern der beiden Endtransistoren
1, 2 praktisch die Betriebsspannung. Das aber ist ein Wert, der größer ist als die
entsprechende Spannung im schwingenden Zustand am Hinlaufende. Schwingt nun die
Schaltung an, so wird im ersten Augenblick eine zu große Hilfsspannung erzeugt.
Das ergibt eine erhöhte Frequenz, eine kleinere Rückschlagspannung, eine weitere
Frequenzerhöhung usw. Die Hilfsspannung kann, da sie von einem überhöhten Wert aus
absinken muß, nicht schnell genug folgen, so daß die Schwingung abreißt. Ist die
Hilfsspannung entsprechend weit abgesunken, so setzt die Schwingung erneut ein,
um kurz darauf erneut auszusetzen usw. Mit dem Widerstand 30 wird nun diese tTberhöhung
der Hilfsspannung beim Schwingungseinsatz verhindert.
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Der Rückkopplungsweg enthält außerdem Integrierglieder zur Beseitigung
von Zeilensynchronimpulsen und Differenzierglieder für eine Impulsbreitenstabilisierung
und eine Stabilisierung der Rücklaufdauer. Der Ladekondensator 8 ist als Miller-Kondensator
zur Ausgangselektrode der Endstufe geschaltet und außerdem in zwei Kondensatoren
8a, 8 b doppelter Kapazität aufgeteilt, deren Verbindungspunkt über einen zur Einstellung
der Linearität dienenden Widerstand 25 geerdet ist. Über ein Integrierglied 26 wird
dem Ladekondensator 8 zusätzlich ein parabelförmiger Strom zugeführt, der eine Tangensentzerrung
bewirkt. An einer Klemme 27 wird die Schaltung durch äußere Synchronimpulse synchronisiert.
Ein Widerstand 28 in Reihe mit dem Ladekondensator 8 a und 8 b dient zur Einstellung
der Linearität am oberen Bildrand. Der Widerstand 11 b dient zur Einstellung der
Frequenz und der Widerstand 9 b zur Einstellung der Ablenkamplitude.
| Liste der Bezugszeichen |
| 1 Transistor, |
| 2 Transistor, |
| 3 Kondensator, |
| 4 Ablenkspule, |
| 5 Treibertransistor, |
| 6 Widerstand, |
| 7 Widerstand, |
| 8 Ladekondensator, |
| 9 Ladewiderstand, |
| 10 Schalttransistor, |
| 11 frequenzbestimmender Widerstand, |
| 12 Rückkopplungskondensator, |
| 13 Widerstand, |
| 14 Impuls, |
| 15 Kurve, |
| 16 Kurve, |
| 17 Diode, |
| 18 Kondensator, |
| 19 Schaltungspunkt, |
| 20 Kurve, |
| 21 Widerstand, |
| 22 Diode, |
| 23 Widerstand, |
| 24 Widerstand, |
| 25 Widerstand, |
| 26 Integrierglied, |
| 27 Eingangsklemme, |
| 28 Widerstand, |
| 29 Kondensator, |
| 30 Widerstand. |