DE2320965A1

DE2320965A1 - Schaltungsanordnung zur digitalen helligkeitssteuerung des elektronenstrahls einer elektronenstrahlroehre

Info

Publication number: DE2320965A1
Application number: DE2320965A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Juergensen
Original assignee: Dr Ing Rudolf Hell GmbH
Current assignee: Dr Ing Rudolf Hell GmbH
Priority date: 1973-04-26
Filing date: 1973-04-26
Publication date: 1974-11-07
Also published as: GB1441887A; FR2227629A1; JPS5015439A; US3955120A; JPS5525431B2; FR2227629B3; DE2320965B2; DE2320965C3

Description

Pa. Dr.-Ing. Rudolf Hell GmbH Kiel, den 18.4.1973

25) Kiel 14, Grenzstr. 1-5 Sf/Hbs.

Patentanmeldung Nr. 73/373
Kennwort: "Schaltverstärker für
Helligkeitssteuerung"

Schaltungsanordnung zur digitalen Helligkeitssteuerung des Elektronenstrahls einer Elektronenstrahlröhre

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur digitalen Helligkeitssteuerung des Elektronenstrahls einer Elektronenstrahlröhre .

Es ist bereits bekannt, eine digitale Hell-Dunkel-Steuerung des Elektronenstrahls durch Veränderung des Katodenpotentials der Elektronenstrahlröhre über ein Ausgangssignal eines SehaltVerstärkers vorzunehmen, der von einem digitalen Signal, das als Rechteck-Spannung vorliegt, gesteuert wird.

Zur Heil-Steuerung des Elektronenstrahls wird die Katode der Elektronenstrahlröhre durch das Ausgangssignal an Massepotential, zur Dunkel-Steuerung an eine Spannung von ca. 40 V gelegt. Das Ausgangssignal des Schaltverstärkers soll dabei möglichst ohne Zeitverzögerung und Verzerrungen dem digitalen Steuersignal folgen.

Die bereits ausgeführten Schaltverstärker bestehen aus mehreren hintereinander geschalteten Transistor-Schaltstufen, die zur Phasendrehung des digitalen Steuersignals und zur Umsetzung kleiner Amplituden des digitalen Steuersignals auf die zur Dunkel-Steuerung des Elektronenstrahls erforderliche hohe Spannung notwendig sind.

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Durch die Vielzahl der Schaltstufen sind die bekannten Schaltverstärker aufwendig. Um auch bei Exemplarstreuungen der Transistoren ein definiertes Schaltverhalten zu erreichen, müssen die Transistoren übersteuert werden.

Dadurch ergeben sich Schaltzeiten bis zu 500 ns. Zum Schreiben von kurzen Zeichen sind aber Auftastungszeiten von ca. 200 ns erforderlich. Somit können die herkömmlichen Schaltverstärker diese Forderung nicht erfüllen..

Die Helligkeit des Elektronenstrahls wird durch die Spannung zwischen Steuergitter und Katode der Elektronenstrahlröhre bestimmt. Diese Spannung muß konstant gehalten werden, wenn eine konstante Helligkeit gefordert wird; daher auch die Ausgangsspannung des Schaltverstärkers bei durchgeschaltetem Transistor.

Bei den bekannten Schaltverstärkern entspricht die Ausgangsspannung bei durchgeschaltetem Transistor seiner Restspannung. Durch die Temperaturabhängigkeit der Restspannung kann damit die Ausgangsspannung nicht stabil sein.

Wird die Katode einer Elektronenstrahlröhre mit einem digitalen Steuersignal, das steile Flanken und eine hohe Amplitude aufweist, angesteuert, so wird über die Gitter-Katoden-Kapazität ein Störsignal von der Katode auf das Gitter gekoppelt. Die Überkopplung führt zu unerwünschten Helligkeitsschwankungen des Elektronenstrahls.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Anordnungen besteht darin, daß die Bildkonturen unscharf wiedergegeben werden, was sich insbeson-- j dere bei der Aufzeichnung kurzer und/oder schnell aufeinander folgen- ! der Zeichen bemerkbar macht.

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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen vereinfachten Schaltverstärker zu entwickeln, mit dem die oben ausgeführten Nachteile vermieden werden und der eine konstante Helligkeitseinstellung des Elektronenstrahls erlaubt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein einen Eingangstransistor und einen Ausgangstransistor enthaltender, nicht gesättigter Differenzverstärker verwendet wird, dessen dem Ausgangstransistör zugeordneter Ausgang mit der Katode der Elektronenstrahlröhre, an deren Steuergitter eine konstante Spannung liegt, verbunden ist, daß an der Basis des Ausgangstransistors eine konstante Spannungsquelle angeschlossen ist, daß die Basis des Eingangstransistors mit einem digitalen Signal zur Hell-Dunkel-Steuerung des Elektronenstrahls beaufschlagbar ist, daß zwischen dem positiven Pol einer Speisespannungsquelle und den Kollektoren des Eingangstransistors und des Ausgangstransistors jeweils ein Widerstand angeschlossen ist, daß der dem Eingangstransistor zugeordnete Widerstand kleiner als der dem Ausgangstransistor zugeordnete Widerstand ist und daß am Kollektor des Ausgangstransistors die Katode einer Diode angeschlossen ist, deren Anode an einem konstanten Potential liegt.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die konstante Spannung an der Basis des Ausgangstransistors etwa den Wert der halben Amplitude des digitalen Steuersignals und gleiche Polarität hat. Diese Spannungswahl führt zu einer erwünschten Aufsteilung des digitalen Steuersignals ohne größere Änderung seines TastVerhältnisses.

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Es ist vorteilhaft, wenn der dem Eingangstransistor zugeordnete Widerstand kleiner oder gleich dem halben Widerstandswert des dem Ausgangstransistor zugeordneten Widerstandes ist.

Eine wesentliche Verbesserung am Differenzverstärker wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Kollektor des Ausgangstransistors mit der Katode einer Diode verbunden ist, deren Anode an dem Ausgang des Differenzverstärkers angeschlossen ist, und daß der Kollektor des Ausgangstransistors mit der Katode einer weiteren Diode verbunden ist, deren Anode an Massepotential liegt. Die Verbesserung besteht darin, daß der Differenzverstärker das digitale Steuersignal nahezu verzögerungs- und verzerrungsfrei überträgt und damit das Schreiben sehr kurzer und/oder schnell aufeinanderfolgender Zeichen ermöglicht. Zum anderen erzielt man eine temperaturstabile Ausgangsspannung, durch die auch die Helligkeit des Schreibstrahls sehr konstant gehalten wird.

Eine weitere Diode ist in vorteilhafter Weise mit der Anode an dem Ausgang des Differenzverstärkers und mit der Katode an dem positiven Pol der Speisespannungsquelle angeschlossen. Diese Maßnahme schützt die Schaltung vor Überspannungen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Schaltungsanordnung besteht darin, einen zum Ausgangstransistor komplementären Eingangstransistor zu verwenden. Dadurch wird der Differenzverstärker auch mit einem digitalen Steuersignal entgegengesetzter Polarität beaufschlagbar.

Eine besonders vorteilhafte Schaltungsmaßnahme besteht darin, zwischen dem Kollektor des Eingangstransistors und dem Steuergitter der

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Elektronenstrahlröhre einen veränderbaren Kondensator anzuschließen. Der Kondensator neutralisiert wirkungsvoll die störende Röhrenkapazität, wodurch die durch die eingekoppelten Spannungen hervorgerufenen Helligkeitssehwankungen ebenfalls eliminiert werden.

Eine vorteilhafte Ergänzung der Schaltungsanordnung wird darin gesehen, einen laufzeitentzerrten aktiven oder passiven Vierpol zwischen dem Differenzverstärker und der Katode der Elektronenstrahlröhre anzuschließen. Der Vierpol vorverzerrt das digitale Steuersignal und stellt beim Schreiben mit dem Elektronenstrahl die Kanten an Schriftzeichen auf.

Diese und weitere Merkmale der Erfindung gehen aus den im folgenden beschriebenen und in den Figuren 1 bis 8 dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung hervor.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines bekannten Differenzverstärkers,

Fig. 2 ein Schaltbild des ausgeführten Differenzverstärkers und eine Schaltungsanordnung zur Neutralisation der Gitter-Katoden-Kapazität,

Fig. 5 ein Schaltbild mit einer Abwandlung des ausgeführten Differenzverstärkers und eine Schaltungsanordnung zur Neutralisation der Gitter-Katoden-Kapazität,

Fig. 4 ein Schaltbild des ausgeführten Differenzverstärkers mit zusätzlicher Diode und eine Schaltungsanordnung zur Neutralisation der Gitter-Katoden-Kapazität,

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Fig. 5 eine graphische Darstellung der Eingangs- und Ausgangsspannungen des Differenzverstärkers,

Pig. 6 ein Schaltbild eines DifferenzVerstärkers mit komplementärem Transistor und eine Schaltungsanordnung zur Neutralisation der Gitter-Katoden-Kapazität,

Fig. 7 eine Schaltungsanordnung zur Vorverzerrung des digitalen Steuersignals durch einen Vierpol,

Fig. 8 eine graphische Darstellung der Eingangs- und Ausgangsspannung des Vierpols.

In der Beschreibung der Figuren werden für gleiche Gegenstände dieselben Bezugszahlen verwendet.

In Fig. 1 ist das Prinzipschaltbild eines DifferenzVerstärkers dargestellt, der aus Transistoren 1 und 2 und dazugehörigen Kollektorwiderständen J5 und 4 besteht. Durch einen Widerstand 5 wird den Transistoren ein konstanter Emitterstrom eingeprägt.

Liegen an den Eingängen E. und Ep zwei Spannungen U™, und U_E2, die einen Pol mit der Speisespannung gemeinsam haben, so wird nur die Differenz beider Spannungen verstärkt. Die verstärkte Differenzspannung ZlU liegt zwischen den beiden Ausgängen A, und Ap. Es gilt die Beziehung:

Fig. 2 zeigt einen ausgeführten Differenzverstärker 6. Die Kollektoren von Eingangstransistor 1 und Ausgangstransistor 2 sind jeweils über einen Widerstand 3 und 4 an den positiven Pol der Speisespannungsquelle (+Ug) angeschlossen. Die Emitter von Eingangs- und"

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Ausgangstransistor 1 und 2 sind untereinander und über Widerstand 5 mit dem negativen Pol der Speisespannungsquelle (-Ug) verbunden. Die Diode 7 liegt mit der Katode am Kollektor des Ausgangstransistors 2 und mit ihrer Anode an einer konstanten Spannung U,-. An dem Kollektor des Ausgangstransistors 2, der den Ausgang A₂ des Differenzverstärkers 6 bildet, ist die Anode einer Diode 8 angeschlossen, deren Katode an dem positiven Pol der Speisespannungsquelle (+Ug) liegt.

Der Eingang E,, der der Basis von Eingangstransistor 1 entspricht, ist mit dem digitalen Steuersignal Ug, beaufschlagt. Am Eingang Ep, der der Basis des Ausgangstransistors 2 entspricht, liegt die konstante Vorspannung

Der Ausgang A₂, an dem die Ausgangsspannung U-₂ liegt, ist mit der Katode 9 der Elektronenstrahlröhre 10 verbunden. Am Gitter 11 der Elektronenstrahlröhre 10 liegt die konstante Spannung U^. Die Spannung Uh zwischen Gitter 11 und Katode 9 der Elektronenstrahlröhre 10 ist die wirksame Steuerspannung. Der Kollektor des Eingangstransistors 1 bildet den Ausgang A, des Differenzverstärkers 6 mit der Ausgangsspannung U... Zwischen dem Ausgang A, und dem Gitter 11 der Elektronenstrahlröhre 10 ist ein veränderbarer Kondensator 12 angeschlossen.

Die in Fig. 3 dargestellte Ausführung entspricht in den wesentlichen Merkmalen dem in Fig. 2 beschriebenen Differenzverstärker 6 mit der Ausnahme, daß die Anode der Diode 7 nicht an die konstante Spannung U₁-, sondern an Massepotential angeschlossen ist. In der Ausführungsform nach Fig. 4 ist der beschriebene Differenzverstärker 6 durch

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i;3 ergänzt,. deren Katode am Kollektor des Aus. gangs transistors 2 und, deren Anode an dem. Ausgang. Ap des Differenz Verstärkers 6 angeschlossen sind. Die. Wirkungsweise des Differenz Verstärkers nach Fig. ,4-.soll näher.--erläutert werden.

Die Vorspannung Ug₂ gibt dem Differenzverstärker 6 Schwellwertver-"-halten. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, die Vorspannung Ug₂ =r 1/2 Ug₁ zu wählen. ,Die Spannungsverlaufe, von, Ug₁ und U_£2 sind in Fig. 5- dargestellt. Durch, diese: Wahl der Vorspannung Ug₂ . wird das digitale Steuersignal Ug₁ ohne größere Änderung des Tastverhältnisses aufgestellt und erscheint am Ausgang A₂ des Differenzverstärkers 6 mit .dem in Fig. 5 aufgezeichneten Verlauf der Ausgangsspannung U»₂· Die Größe der Eingangsspannung Ug₁ gegenüber der Vorspannung Ug₂ bestimmt den Schaltzustand des Differenzverstärkers 6.

Folgende Schaltzustände sind zu unterscheiden:

^a) **E1 y -E2^! Ausgangs transistor 2 ist gesperrt, und die Ausgangs-, spannung U-₂ ist gleich der positiven Speisespannung (+Ug). Die Elektronenstrahlröhre 10 ist dunkel gesteuert. Geringe Schwankungen der positiven Speisespannung (+Ug) haben keinen Einfluß auf die Dunkelsteuerung der Elektronenstrahlröhre 10.

b) Ug, ^ Ug₂ : Der Ausgangstransistor 2 ist durchgeschaltet. Die Diode 7 verhindert, daß der Ausgangstransistor 2 in die Sättigung gesteuert wird, da bei leitender Diode 7 das Kollektorpotential von Ausgangstransistor 2 annähernd auf Massepotential liegt.

Die Flußspannung von Diode 7 und ihre Temperaturdrift werden durch die Diode 13 kompensiert.

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Durch die beschriebene Wahl der Widerstandswerte für die Widerstände 5 und 4 wird zum einen eine Übersteuerung von Eingangstransistor 1 vermieden und zum anderen annähernd gleiche Arbeitspunkte für die Dioden 7 und 13 durch entsprechende Stromaufteilung erreicht.

Dadurch, daß die Sättigung von Eingangstransistor 1 und die von Ausgangstransistor 2 verhindert wird, weist der Differenzverstärker kleine Schaltzeiten auf. Die Ausgangsspannung U.p hat daher eine große Flankensteilheit und folgt dem digitalen Steuersignal nahezu verzögerungsfrei. Außerdem ist die Ausgangsspannung U.p bei durchgeschaltetem Ausgangstransistor 2 und die für die Helligkeitssteuerung wirksame Spannung U^, die sich nach der Spannungsbeziehung U^ = ^U3 - U.p ergibt, temperaturstabil.

Ein Schutz der Schaltung vor Überspannungen, die bei Spannungsdurchschlagen innerhalb der Elektronenstrahlröhre auftreten können, wird durch die Diode 8 erreicht. Die Diode 8 begrenzt die maximale Ausgangsspannung U.p des Differenzverstärkers 6 auf die positive Speisespannung (+Uq

Es soll noch erwähnt werden, daß der hier beschriebene Differenzverstärker 6 auch zur Steuerung der Gitterspannung einer Elektronenstrahlröhre Verwendung finden kann. Der Differenzverstärker 6 kann außerdem mit pnp-rTransistoren aufgebaut werden; dabei kehren sich die den Differenzverstärker betreffenden Spannungen und die Polarität der Dioden sinngemäß um.

Eine weitere Variante des Differenzverstärkers ist in Fig. 6 dargestellt. Um den Differenzverstärker auch mit einem digitalen Steuer-

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signal entgegengesetzter Polarität beaufschlagen zu können, kann der Eingangstransistor I¹ komplementär zum Ausgangstransistor 2 sein.

Wie außerdem aus Fig. 4 ersichtlich, .wird die Aus gangs spannung U_A1 des Differenz Verstärkers β zur Neutralisation der störenden Gitter-Katoden-Kapazität 14 über den veränderbaren Kondensator 12 auf das Gitter 11. der. Elektronenstrahlröhre 10--gekoppelt.- Die Aus gangs spannung U., ist gegenphasig zur Ausgangs spannung U. ^ · Aufgrund der kurzen Schaitzeiten des DifferenzVerstärkers 6 beträgt die Phasenver- Schiebung der Aus gangs spannung U., sehr genau l80°, wodurch eine exakte Neutralisation bewirkt wird.

In Fig. 7 ist das Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung dargestellt, durch die die Kanten von Schriftzeichen aufgestellt werden. Hierzu wird zwischen Differenzverstärker 6 und Katode 9der Elektronenstrahlröhre 10 ein laufzeitentzerrter aktiver oder passiver Vierpol 15 eingefügt. Das Gitter 11 der Elektronenstrahlröhre 10 liegt an einer konstanten Spannung U-*. Die Spannung U^ ist die wirksame Steuerspannung zwischen Gitter 11 und Katode 9· Die Ausgangsspannung U.p des DifferenzVerstärkers 6 wird durch den Vierpol 15 vorverzerrt. Die vorverzerrte Spannung U'₂ liegt an der Katode 9 der Elektronenstrahlröhre 10.

Der Vierpol 15 kann z.B. als laufzeitentzerrter Tiefpass ausgeführt sein. Seine Aus gangs spannung Ul ₂ wird durch ein definiertes Oberschwingen an der vorder- und Rückflanke vorverzerrt, wie es in Fig. dargestellt ist. Die für die Helligkeitssteuerung wirksame Spannung Uj^ wird nach der Spannungsbeziehung U₂₊ = U™ - U_Ag ebenfalls vorverzerrt, so daß eine Aufsteilung der Kanten an Schriftzeichen erfolgt-.

9 Patentansprüche

4 Blatt Zeichnungen «09845/0586

Claims

Pa. Dr.-Ing. Rudolf Hell GmbH λα Kiel, 23) Kiel 14, Grenzstr. 1-5 Sf/Hbs. Patentanmeldung Nr. 73/373 Kennwort: Schaltverstärker für Helligkeitssteuerung Patentansprüche

1) ,föchaltüngsanordnung zur digitalen Helligkeitssteuerung des Elektronenstrahls einer Elektronenstrahlröhre, dadurch- gekennzeichnet, daß ein einen Eingangstransistor (1) und einen Äusgangstransistor (2) enthaltender, nicht gesättigter Differenzverstärker (6) ver- wendet wird, dessen dem Ausgangstransistor {2) zugeordneter Ausgang mit der Katode (9) der Elektronenstrahlröhre (TO), an deren Steuergitter (11) eine konstante Spannung liegt, verbunden ist, daß an der Basis des Ausgangstransistors (2) eine konstante Spannungsquelle angeschlossen ist, daß die Basis, des Eingangstransistors (1) mit einem digitalen Signal zur Hell-Dunkel-Steuerung des Elektronenstrahls beaufschlagbar ist, daß zwischen dem positiven Pol einer Speisespannungsquelle (+U_ß) und den Kollektoren des Eingangstransistors (l) und des Ausgangstransistors (2) jeweils ein Widerstand (3, 4) angeschlossen ist, daß der dem Eingangstransistor (1) zugeordnete Widerstand (3) kleiner als der dem Ausgangstransistor (2) zugeordnete Widerstand (4) ist und daß am Kollektor des Ausgangstransistors (2) die Katode einer Diode (7) angeschlossen ist, deren Anode an einem konstanten Potential liegt.

2) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konstante Spannung an der Basis des Ausgangstransistors (2) etwa den Wert der halben Amplitude des digitalen Steuersignals und gleiche Polarität hat.

ORIGINAL INSPECTED

JQ.

3) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Eingangstransistor (l) zugeordnete Widerstand (3) kleiner oder gleich dem halben Widerstandswert des dem Ausgangstransistor (2) zugeordneten Widerstandes (4) ist.

4) Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des Ausgangstransistors (2) mit der Katode einer Diode (13) verbunden ist, deren Anode an dem dem Ausgangs trans is tor (2) zugeordneten Widerstand (4) angeschlossen __.... ist.

5) Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode der Diode (7), deren Katode mit dem Kollektor des Ausgangstransistors (2) verbunden ist, auf Massepotential liegt.

6) Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Diode (8) mit der Anode an dem dem Ausgangstransistor (2) zugeordneten Widerstand (4) und mit der Katode an dem positiven Pol der Speisespannungsquelle (+Ug) angeschlossen ist. ι

7) Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kollektor des Eingangstransistors (1) und dem Steuergitter (11) der Elektronenstrahlröhre (10) ein veränderbarer Kondensator (12) angeschlossen ist.

8) Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangstransistor (l^f) des Differenzverstärkers (6) komplementär zum Ausgangstransistor (2) ist.

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9) Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein laufzeitentzerrter aktiver oder passiver Vierpol (15) zwischen dem Differenzverstärker (6) und der Katode (9) der Elektronenstrahlröhre (10) angeschlossen ist.

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