DE2810872C2

DE2810872C2 - Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Bildverstärkerröhre

Info

Publication number: DE2810872C2
Application number: DE2810872A
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Velizy Fouilloy
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1977-03-24
Filing date: 1978-03-13
Publication date: 1985-04-04
Also published as: JPS644303B2; NL7803024A; NL185430B; DE2810872A1; FR2353133B1; CA1116306A; GB1601654A; US4195222A; FR2353133A1; NL185430C; JPS53121568A

Description

DIe Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung nach dem OberbegrifT.-ies Patentanspruches !.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist bekannt aus der US-PS 38 64 595. Durch die darin vorgenommene Steuerung der Spannung zwischen Eingang und Ausgang der Mikrokanalplatte In Abhängigkeit vom Leuchtschirmstrom wird die Vervielfacherwirkung der Mikrokanalplatte begrenzt, so daß in einem gewissen Bereich ansteigender Beleuchtungspegel der Leuchtschirmstrom wesentlich langsamer als proportional wächst. Ferner ist bei der bekannten Anordnung vorgesehen, die Spannung zwischen der Fotokathode und dem Eingang der Mikrokanalplatte zu schalten, um Störlichteinflüsse zu verringern, insbesondere wenn es sich um eine Impulsförmig beleuchtete Szene handelt, bei der die Schaltung der genannten Spannung mit den Lichtimpulsen synchronisiert wird.

Bei der bekannten Anordnung erfolgt zwar In einem gewissen Bereich der Beleuchtungspegel eine Anpassung der Lichtverstärkung der Röhre, jedoch Ist diese auf kleine Bereiche begrenzt, und bei höheren Beleuchtungspegeln erfolgt eine Übersteuerung der Bildverstärkerröhre, die eine weitere Beobachtung der Szene praktisch unmöglich macht und bei noch höheren Beleuchtungsstärken die Bildverstärkerröhre beschädigen kann.

Zur Anpassung der Bildverstärkerröhre an verschiedene Beleuchtungspegel Ist es ferner aus der US-PS 36 66 957 bekannt, in Reihe mit der Fotokathode einen Strombegrenzungswiderstand anzuordnen.

Durch die sehr schwachen auftretenden Fotokathodenströme beträgt der ohmsche Wert des erwähnten Widerstandes mehrere Gigaohm bis zu mehreren zehn Gigaohm. Außerdem wird eine automatische Herabsetzung der Verstärkung der Mikrokanalplatte mit Hilfe einer Gegenkopplungsschleife verwendet, die einen Abfall In der Spannung zwischen den Klemmen der Mikrokanalplatte bewirkt, wenn der Schlrmsirom größer wird. Wenn jedoch der Beleuchtungspegel nach wie vor ansteigt, ohne daß eine gute direkte Beobachtung der Szene ermöglicht wird, zeigen sich die beiden erwähnten Maßnahmen ungenügend und treten In der Röhrenwirkung Instabilitätserscheinungen auf. die eine weitere Wirkung der Röhre verhindern. Es sei hler bemerkt, daß während des Betriebs der notwendigerweise

begrenzte Bereiche der Verringerung der Verstärkung in der Mtkrokanalplatte gewöhnlich dem Bereich vorangeht. In dem die Instabilitätserscheinung auftritt, und zwar durch eine ungenügende Speisespannung der Photokathode. In dem erwähnten letzten Bereich ist es so. daß die Spannung l', zwischen der Fotokathode und dem Eingang der Mtkrokanalplatte. deren Wert viel geringer ist als cter Nennspannungswert, bis auf pur wenige Volt zurückgefallen ist. Der InstabilitStsbereich tritt bei einer Spannung l\ auf, die kleiner ist oder gleich einem Schwellweit von ungefähr 2 Volt, und macht sich durch einen »Pumpeffekt« mit sehr niedriger Frequenz kenntlich, der beim Auftreten im Bild einen unangenehmen Einfluß auf das Auge ausübt. Um diesen Nachteil zu beseitigen. Ist es aus der US-PS 37 39 178 bekannt, der Fotokathode eine Diode parallel zu schalten, die bei einem Spannungswert V₁ leitend wird, der großer als die erwähnte Schwellenspannung ist. wodurch die Spannung V_x auf einem Spannungswert genauen wird, der größer als die SchweHsnspan.nung ist. Im Bereich der ansteigenden Beleuchtungsrsgel, der dem Bereich entspricht, in dem die Diode leitet, ist eine derartige Röhre jedoch nicht mehr brauchbar durch den Verlust im Auflösungsvermögen infoige einer zu niedrigen Spannung ΙΊ.

Aufgabe der Erfindung ist es. eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, mit der die Bildverstärkerröhre in einem wesentlich größeren Bereich von Beleuchtungspegeln bis zu hohen Werten zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung ist es möglich, ein gutes Auflösungsvermögen und eine Schirmhelligkeit zu erhalten, deren Schwankungen vom menschlichen Auge in einem Bereich nicht wahrnehmbar sind, der sich von den schwächsten Beleuchtungspcgel der Szene zu einem Beleuchtungspegel von etwa 10 Lux erstreckt, von wo an die direkte Beobachtung der Szene dadurch möglich ist.

Ausgestallungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Flg. I ein Diagramm, das in einem allgemeinen Fall die Abhängigkeit zwischen dem mittleren Wert der drei erl'indungsgemäß erhaltenen Speisespannungen und dem Beleuchtungspegel der Szene veranschaulicht.

Flg. 2 ein detaillierteres elektrisches Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemaßen Schaltungsanordnung und

Fig. 3 das elektrische Schaltbild einer zweiten Auslührungsform der Schaltungsanordnung nach der Erfindung.

In Fig. I werden die erfindungsgemäß erhaltenen Spunnungspegel I·',. T₂ und ΙΊ nicht maßstabgerecht dargestellt. Wenn es sich z. B. um eine Röhre mit doppelter Nahfokusslerung handelt, beträgt die zwischen dem Ausgang der Mlkrokanalplatte und dem Schirm angelegte Spannung ΙΊ etwa 5000 Volt, schwankt die Spannung zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Mlkrokanalplatte von etwa 600 bis etwa 700 Volt und der Mittelwert der Spannung V_x /wischen der Photokathode und der Mikrokanalplatte vS beispielsweise von 20 ml bis 200 Voll.

Gemäß der ,V-Achse, die die Beleuchtungspegel aneiht. können drei benachbarte Zonen von Beleuchtungspegeln unterschieden werden, und zwar eine erste Zone, in der die Spannungen IV !"2 und Γ. konstant sind, eine zweite Zone, in der die Spannung 1 '2 absinkt, und eine dritte Zone, in der die Spannung V_x absinkt.

Die Spannung Vi ist eine konstante Gleichspannung. Die Spannung V₁ ist eine Gleichspannung und zunächst gleich der Summe der Spannungen IΊο und I ai„„,, die beide konstant sind, und sinkt danach ungefähr auf die Spannung Kj₀, die aufrechterhalten bleibt. In einem ersten Beleuchtungspegelbereich, In dem die Spannung V₁ konstant ist und etwa 200 Volt beträgt, stellt die erwähnte Spannung V_x entweder eine Gleichspannung oder eine pulsierte Spannung (Zerhackerspannung) mit einem konstanten Tastverhältnis von etwa 1 und anschließend in einem zweiten Beleuchtungspegelbereich eine pulsierte Spannung mit einem absinkenden Tastverhältnis auf ungefähr Null dar, d. h. eine mittlere Spannung, die zwischen ungefähr 200 Volt und einigen zehn Millivolt bei einem (nicht dargestellten) Beleuchtungspegel von ungefähr 10 Lux scisvankt. In Fig. 1 entspricht der nicht näher erläuterte Nullpunkt (Ursprung) der Α-Achse einem sehr schwachen Beleuchtungspegel, der kleiner als 3.10~* Lux ist.

Die in Fig.2 dargestellte elektronische Anordnung erlaubt uie Speisung einer Röhre mit einer Mikrokanalplatte und einer Photokathode, die nicht dargestellt sind. Die Speisung zwischen der Photokathode und dem Eingang der Mlkrokanalplaite erfolgt mit der Spannung V_x zwischen den Klemmen 10 und Ii. die Speisung zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Mikrokanalplatte erfolgt mit der Spannung V₁ zwischen den Klemmen 11 und 12, und die Speisung zwischen dem Ausgang der Mlkrokanalplatte und dem Schirm erfolgt mit der Spannung K₁ zwischen den Klemmen 12 und 13, während vorzugsweise die Klemme 12 an Masse liegt. Diese Anordnung enthält zwei Oszillatoren 14 und 15, die auf gleiche Weise arbeiten, drei Spannungsvervielfacher 16, 17 und 18 und einen Zerhacker 19.

D^:; Oszillatoren 14 und 15 sind Gegentakt-Oszillatoren. Als Beispiel werden nachstehend kurzgefaßt Aufbau und Wirkung des Oszillators 14 beschrieben.

Der Oszillator 14 enthalt zwei PNP-Transistoren 16 und 17, die am Anfang der Schwingung im Gegentaktbetrieb als Verstärker arbeiten. Die Emitter der erwähnten Transistoren sind mit einer Klemme 18 verbunden, die eine positive ununterbrochene Gleichspannung V_n von beispielsweise 10 Voll erhalten muß. Die Kollektoren der Transistoren 16 und 17 liegen je über eine Primärwicklung 19 und 20 eines Transformators an Masse. Der Widerstand 21 ist mit der Klemme 18 unti der Kondensator 22 mit Masse verbunden und dient zum Starten des Oszillators durch das Vorspannen der Basis eines NPN-T^ransistors 23 mit eine; Spannung über 0,6 Volt. Der Emitter des Transistors 23 ist mit Masse und der Kollektor mit den Basen zweier Transistoren 16 und 17 über einen Widerstand 24 und einen Kondensator 25 pL.allel dazu und über je eine Induktionsspule 25 bzw. 27 verbunden.

Zwischen der Basis des Transistors 23 und Masse Ist eine Serienschaltung angeordnet, die aus einem regelbaren Widerstand 28, einem Widerstand 2!>, einer Diode 30 und einer Sekundärwicklung 31 eines Transformators besteht, dessen Wicklung 19 die Primärwicklung Ist. Ein Kondensator 32 verbindet die Anode 33 der Diode 30 mit Masse. Dieser Teil der Schaltung 28 bis 32 dient zum Vorspannen der Basis des Translsibfs 23 mit Hilfe eines Gegcnkopplungseffekts auf elne^r solchen Span-

nung, daß beim Betrieb bei der Spannung Ό keine Begrenzung der Wechselspannungssignale auttritt, die von den Transistoren 16 und 17 auf die Wicklungen 19 und 21) übertragen werden. Durch die Regelung des ohmschcn Werts des Widerslandes 28 wird auf diese Welse erreicht, daß die erwähnten Wechselspannungsslgnalc ungefähr sinusförmig sind und auf einem gewünschten Spitzenwert unter J₁, geregelt werden Wnnen. In dieser Hinsicht sei bemerkt, daß zum Erreichen des Gegenkopplungseffekts beim Betrieb die Spannung am Punkt 33 negativ und in erster Annäherung eine Gleichspannung ist. Wenn die Spannung l'o an die Klemme 18 gelegt wird, ist der schwächste parasitäre Übergungsbcrelch ausreichend zum Starten des Oszillators.

Über den Transformator 34 versorgt die Wicklung 19 und 20 die Wcchselslromspelsung zweier Sekundärwicklungen 35 und 36: die wicklung 35 ist mit den Klemmen des Spannungsvervielfacher 16 und die Wicklung 36 mit den Klemmen des Spannungsvervielfacher 17 verbunden; beide Vervielfacher 16 und 17 sind von einem bekannten Typ. beispielsweise Spannungsvervielfacher vom LATOUR-Typ.

Ein derartiger Vervielfacher, beispielsweise der Vervielfacher 16. enthält einerseits Kondensatoren wie den Kondensatoren 39, die von der Klemme 37 an in Serie geschaltet sind, und andererseits Kondensatoren wie den Kondensator 40, die zwischen den Klemmen 38 und 41 In Serie geschaltet sind. In Serie geschaltete Dioden wie die Diode 42 verbinden die Klemme 38 mit der Klemme 41 derart, daß jeder Kondensator mit Ausnahme des mit der Klemme 37 verbundenen Kondensators jeweils von der Klemme 38 an zwischen der Anode einer Diode und der Kathode der benachbarten Diode mit dieser letzten Diode verbunden ist, die mit der änderen Diode In Serie geschaltet ist. Die Kondensatoren 39 und 40 können gleiche Kapazitäten besitzen, und die Ladespannung der erwähnten Kondensatoren Ist gleich dem doppelten Wert der Spitzenspannung des in der Wicklung 35 erzeugten Signals. Der Vervielfacher arbeitet durch aufeinanderfolgende Ladungsübertragungen auf eine solche Welse, daß die gewünschte hohe Spannung zwischen den Klemmen 41 und 38 auftritt, wobei die Elementarspannungen an den Elektroden der Kondensatoren 48 ungefähr gleich sind und einander verstarken. Beispielsweise bei einer Spannung von r_n von 10 Voll, einem Spitzenwert des Signals von 6 Volt in der Wicklung 20. einem Spitzenwert des Signals von 300 Volt in der Wicklung 35, was ein Trensformationsverhältnis = 50 für den Transformator 34 bedeutet, führen die Elektroden jedes Kondensators 40 eine Spannung von 600 Volt (Spitze-zu-Spitze-Wert). während bei acht Kondensatoren 40 die Spannung zwischen den Klemmen 38 und 41 gleich 4800 Volt ist.

Wie sich nachstehend feststellen läßt, ist die Klemme 38 auf einem schwach veränderlichen Potential von 5 bis 8 Volt vorgespannt, so daß die Spannung Kj zwischen dem mit Masse verbundenen Ausgang der Mikrokanalplatte und dem Schirm bis auf 13 Volt, was vernachlSssigbar klein ist. 4800 Volt beträgt. Der ohmsche Wert des Strombegrenzungswiderstandes 43 beträgt beispielsweise 10 Mi2. Die Spannung V, bleibt bei gleichbleibendem Beieuchtungspege! der Szene ungefähr konstant.

Der Vervielfacher 17 ist ebenfalls vom LATOUR-Typ. bei dem die Polaritäten denen des Vervielfachers 16 entgegengesetzt sind. Dieser Vervielfacher 17 muD nämlich den Ausgang der Mikrokanalplatte auf einer Spannung vorspannen, die notwendigerweise negativ Ist, da für eine Verbindung des Ausgangs der Mikrokanalplatte mil Masse gewählt wurde. Dieser mit den Klemmen der Wicklung 36 verbundene Vervielfacher, von denen die Klemme 14 mit Masse verbunden Ist, versorgt die Mlkrokanulplaiie mit einer minimalen Speisegleichspannung Γ_:ο. Der Oszillator 15 vom gleichen Typ wie der Oszillator 14 dient zum Erzeugen einer komplementären Speisespannung zur Mikrokanalplatte und zum Speisen der Photokathode.

Zum Erzeugen dieser komplementären Speisespannung enthält die Anordnung einen dritten Vervielfacher 18 vom gleichen Typ wie der Vervielfacher 17 und Ist mit diesem in Serie geschaltet und durch einen Kondensator 45 entkoppelt; der Vervielfacher 18 wird von der Wicklung 46 gespeist, die eine Sekundärwicklung eines Transformators bildet, von der ein Ende mit Masse verbunden Ist. Die erwähnte komplementäre Gleichspannung Ι'.ί, die zunächst beim schwächsten Beleuchtungspegelberelch der Szene konstant ist. sinkt bei einem mittleren Beleuchiungspegelberelch um einen Wert von ungefähr !O³ Lux auf Null und bleibt gleich Null. Der Wert der Spannung Γ, wird durch nachstehende Formel gegeben:

Ij = Ίο+ l'ii (stehe Flg. 1).

Der Aufbau des Oszillators 15 ist gleich der des Oszillators 14. und die Funktion ist dieselbe für die Dauer des gesperrten Zustands der Diode 47: dadurch hat die Spannung l'n und also die Spannung Γ» einen konstanten Maximalwert Im schwächsten Beleuchtungs pegelbereich.

Der Zerhacker !9 enthält einen Feldeffekttransistor 48. dessen Source-Elektrode die Spannung V₀ erhält und dessen Drain-Elektrode 49 mit der Kathode der Diode 47 und ebenfalls mit dem Punkt 33 mit negativer Spannung über einen Widerstand 50 verbunden ist. Die Gate-Elektrode 51 des Transistors 48 Ist einerseits mit der Klemme 38 und zum anderen über einen Kondensator 52 mit Masse und ebenfalls mit dem Schleifer eines Potentiometers 53 Ober einen Widerstand 54 verbunden, wobei das erwähnte Potentiometer 53 selbst einerseits zwischen der Quelle, die die Spannung Γ» erzeugt, und andererseits der Masse angeordnet Ist. Der Leuchtschirmstrom kehrt über Masse, die Elemente 53 und 54 und die mit dem Punkt 51 verbundene Klemme

so 38 zurück. Da der Lsuchtschirmstrom eine bestimmte WelÜgkelt durch den periodischen Betrieb der Rohre infolge der Speisung durch Impulse aus der Photokathode aufweist, dient der Kondensator 52 zum Filtern des erwähnten welligen Stromes derart, daß im Punkt 51 eine in erster Annäherung ununterbrochene Spannung gehalten wird, die für den mittleren Schirmsirom repräsentativ ist. Wenn sich dieser Strom durch einen höheren Beleuchtungspegel der Szene vergrößert, sinkt die Spannung am Punkt 51 und somit die Spannung am Punkt 49, wobei der Verstarkungskoefflzlent des Transistors 48 gleich 1 ist. Wenn sich im Punkt 49 das Potential dem um 0,6 Volt herabgesetzten Potential der Basiselektrode 55 des Steuertransistors des Oszillators 15 angleicht, wird die Diode 47 von einem Strom über den Widerstand 50 durchflossen, wodurch die Im Punkt 55 auftretende Spannung absinkt und der Verstärkungskoeffizient der Mikrokanalplatte über den Oszillator 15 und den Vervielfacher 18 niedriger wird und die Inten-

des Schlrmsiroms durch die Erschöpfung der durch die Mikrokanaiplatte hindurch gesandte Sekundärelektronen verringert. Es tritt auf diese Welse eine gev.isse Abhängigkeit auf, die sich In einer progressiven Abschwachung des vom Oszillator 15 erzeugten Signals auOert. wobei die erwähnte Abschwächung vom Bele;:/atungspegel der Szene abhängig Ist, d. h. von den duith die Photokathode ausgesandten Prlmärelektronen. die am Eingang der Mikrokanaiplatte ankommen. Die Wahl des Beleuchtungspegelbercrchs, die sich auf diese besondere Wirkungswelse des Oszillators 15 bezieht und bis zum Außerbetrlebsetzen dieses Oszillators 15 andauert, erfolgt durch Kalibrierung, Indem zunächst der Abgriff des regelbaren Widerstandes 28 und danach der Schleifer des Potentiometers 53 abgeglichen wird. Der Teil des Zerhackers 19, der sich auf die Versor-

Vcrändcrung der Spannung am Punkt 49 gesteuert. Dieser Zerhackerteil enthalt eine Zenerdlode 57, deren Anode mit der Drainelektrode 49 des Transistors 48 und deren Kathode mit einer Elektrode eines Kondensators 58. dessen andere Elektrode an Masse liegt, und mi! dem positiven Eingang 59 eines Differenzverstärker! 60 verbunden Ist. Dieser Eingang wird durch den Widerstand 61, der an die Spannung T₀ angeschlossen ist. und durch den mit Masse verbundenen variablen Widerstand 62 vorgespannt. Die Verringerung des Potentials um Punkt 51 wird auf den Punkt 59 über die Zent. diode 57 übertragen. Gemäß Flg. 2 wird der Differenzverstärker 60 von der positiven Spannung K₀ und. dem negativen Punkt 33 gespeist. Der Ausgang dieses Verstärkers 60 Ist mit der Basiselektrode eines NPN-Transistors 63 verbunden, dessen Emitterelektrode mit dem negativen Eingang rückgekoppelt und Ober einen Widerstand 64 mit Masse verbunden ist. Die Kollektorelekirode des Transistors 63 ist mit der Spannung I₁₁ Ober einen Kondensator 65 verbunden. Der aus den Elementen 59 bis 65 der Anordnung bestehende Teil bildet «ilnen Generator, der einen Strom mit konstanter momentaner Starke erzeugt. Da der Spannungsversiürkungskoeffizleni des Differenzverstärkers 60 gleich 1 ist, ist der Wert der Emitterspannung des Transistors 63 gleich der Spannung am Punkt 59. Der Strom des Transistors 63 wird durch den ohmschen Wort des Widerstandes 64 bestimmt, wobei In erster Annäherung die Kollektor- und Emitierströme proportional der Spannung am Punkt 59 sind. Das Aufladen des Kondensators 65 erfolgt linear bei konstantem Strom. Die mit Hilfe des variablen Widerstands 62 verwirklichte Kalibrierung ist beispielsweise derart, daß bei einer Verdopplung des mittleren Schirmstroms die Spannung am Punkt 59 von 7 Volt auf 0,007 Volt durch die Erhöhung des Beleuchtungspegels absinkt, wodurch der konstante Aufladestrom des Kondensators 65 um den Faktor 1000 sinkt, beispielsweise von 10 mA auf 10 μ A; der Faktor kann durch die Genauigkeit der von der Verbindung 38-51 verwirklichten Gegenkopplung sogar auf 10 000 ansteigen. Die Rolle des Kondensators 65 besteht im Erzeugen einer asymmetrischen Sagezahnspannung mit konstanter Amplitude, so daß die Dauer der Sägezähne dem Ladestrom umgekehrt proportional ist. wobei das Ende jedes Sägezahns mit der Erzeugung eines Spannungsimpulses zusammenfällt, dessen Amplitude und Dauer zunächst durch die Speisung der Photokathode bestimmt wird. Diese Funktion wird durch den beschriebenen Teil des Zerhackers 19 verwirklicht. Die Kollektorelektrode 66 des Transistors 63 Ist mit der Gate-Elektrode eines Feldeffekttransistors 67 verbunden, dessen Source-Elektrode mit der Spannung K₀ und dessen Drainelektrode 68 über einen Widerstand 69 mit Masse verbunden Ist. Andererseits lsi der Punkt 66 mit der Gleichspannung I₀ über die Kathode und Anode einer Diode 70 und die Emitterelektrode und die Kollektorclektrode eines NPN-Transistors 71 verbunden. Die IDrainelektrode 68 ist mit dem negativen Eingang eines Dilferen7- Verstärkers 70 verbunden, den d'e gleichen positiven und negativen Spannungen wie den Verstarker 60 speisen; die positive Klemme dieses Verstilrkers 60 ist auf einem positiven Spannungswert von zwei Widerstünden 7Γ und 72 vorgespannt, von denen der erste mit der Spannungsquelle IO und der zweite mit Masse verbunden Ist, während der Ausgang des Verstärkers 70' mit der Basiselektrode eines NPN-Translstors 73 über eine nifMjp 74 verbunden sind. Die Basiselektrode des Transistors 73 Ist über einen Widerstand 75 mit Masse verbunden. Eine Primilrwlcklung 80 eines Transformators 81 Ist zwischen der Spannungsquelle I₀ und der Kollektorclektrode des Transistors 73 geschaltet, und dieses Kollektorelektrode ist über die Anode und die Kathode einer Diode 82 eben falis an die Spannung I_n angeschlossen. Die Emitter elektrode des Transistors 73 ist über eine Primärwicklung 83 eines Transformators 84 an Masse gelegt, der in Serienschaltung mit einem Widerstand 86 an den Punkt 85 angeschlossen ist. Dieser Punkt 85 Ist über einen Kondensator 87 mit Masse und über einen Widerstand 88 mit der Spannungsquelle Γ,> verbunden. Ein Ende einer Wicklung 89. die die Sekundärwicklung des Transformators 84 bildet, liegt an Masse, während das andere Ende dieser Wicklung über einen Widerstand 90 an die Basiselektrode des Transistors 71 angeschlossen Ist.

Wenn beim Aufladen des Kondensators 65 die Spannung am Punkt 66 und damit an der Drainelektrode 68 des Transistors 67 unter einen gegebenen Wert absinkt, wird die am positiven Eingang des Differenzverstärkers 70' auftretende Spannung größer als die Spannung an der negativen Klemme dieses Verstärkers 70', wodurch sprunghaft eine positive Spannung an dessen Ausgang erzeugt wird. Die Diode 74 und der Transistor 73. der als Schalter arbeitet, wird leitend, und es erreicht ein Signal die Wicklungen 80 und 83. wobei der die Elemente 73, 80. 82. 83. 86. 87 und 88 enthallende Teil einen Sperrschwinger vom bekannten Typ mit h.niiiier-Kollektorgegenkopplung bildet. Das erwähnte Signal.

das auf die Wicklung 89 über den Transformator 84 Obertragen wird, steuert den Transistor 71 durch, der im Schalter-Betrieb arbeitet, und der Kondensator 65 entlädt sich sprunghaft in der Schleife mit den Elementen 65. 71. 70 und 66. Dabei dient die Diode 70 durch ihre sehr schwache Kapazität dazu, den unerwünschten Effekt der parasitären Kollekior-Emiiterkapazitat des Transistors 71 auf einen Mindestwert zu bringen. Die erwähnte Entladung bewirkt ein erneutes Spenen des Transistors 73 über den von den Elementen 66. 67. 68, 70' und 74 gebildeten Weg. und der Zyt.iu; fängt von neuem an. Das Signa! in den Wicklungen 80 und 83 ist ein Impulssignal. Mit Hilfe der Diode 82 überträgt die Wicklung 80 einen gut kalibrierten Impuls auf eine Sekundärwicklung 91 über den Transformator 81. Auf diese Weise wird auf proportionale Weise eine Frequenzänderung der kalibrierten Impulse von einer Stromsteuerung an Im Abzweig 65, 66, 63, 64 erreicht, wodurch sich eine Impulsfrequenz mit einer Variation

um den Faktor 1000 bis 10 000 bei einer Szenenbeleuchtungspcgeländcrung ergibt, die sich um den Faktor 1000 bis 10 000 ändert, wodurch eine einfache Verdopplung oder Verdreifachung des mittleren Schirmstroms wahrend der erwähnten Änderungen entsteht. Als Beispiel sei angenommen, daß die Gesamiänderung der Intensität des initiieren Schirmstroms Im Arbeltsbereich, in dem das Tastverhältnis des Zerhackers kleiner wird, /wischen 25 nA und 65 nA liegt. Eine derartige Änderung ist durchaus zulässig hinsichtlich der Alterung der Rühre und Ist vom menschlichen Auge nicht wahrnehmbar. Der oben herangezogene Beleuchtungsbereich längt beispielsweise bei 2.10 ^J Lux an und endet bei 10 Lux. Eine Klemme der Wicklung 91 Ist mit einer Elektrode eines Kondensators 92 verbunden, dessen andere Elektrode :in die Klemme II) zum Anschließen der l'hotokalhodc und an die Anode einer Diode 93 und ein Kmie eines Widerstandes 94 angeschlossen Ist. Die andere Klemme dieser Wicklung Ist an die Eingangsklemme U der Mlkrokanalplatte. die Kathode der Diode 93 und das andere Ende des Widerstands 94 angeschlossen, der dazu dient, eine vorausbestimmte Photokathoden-Nennspannung in bezug auf den Eingang der Mlkrokanalplatte beim Passlern eines jeden Impulses zu verwirklichen. Die Elemente 92 und 93 dienen dazu, dem an der Sekundärseile des Transforma-. tors 81 auftretenden Impuls die gewünschte Form zu geben.

Die Dauer des Impulses über den Widerstand 94 wird durch die Zeltkonstante RC der von diesem Widerstand 94 und von der parasitären Kapazität der Photokathode gebildeten Einheit bestimmt, wobei die erwähnte Kapazität beispielsweise 30 pF beträgt.

Wenn für die Impulse eine Mindestfrequenz von beispielsweise 50 Hz gewünscht wird, um auf diese Welse eine gute Beobachtung durch das menschliche Auge zu gewahrleisten, ist Im schwächsten Beleuchtungspegelbereich, d. h. im Bereich, in dem keine Abhängigkeit zwischen dem Wert des mittleren Schlrmsiroms und der Zerhackerwlrkungsfrequenz besteht, die Maxlmalfrcquenz von etwe 10' Hz. was einer Impulsdauer von 3 bis 4 us vergleichbar Ist; die erwähnte Frequenz verhindert keineswegs die Beobachtung mit dem menschlichen Auge.

In dieser bevorzugten Ausführungsform arbeitet der Zerhacker ungeachtet des Beleuchtungspegels der Szene ununterbrochen zunächst (schwächste Beleuchtungspegel) hei vorgegebener Impulsdauer und Tastverhältnis, anschließend (höhere Beleuchtungspegel) bei konstanter Impulsdauer gleich der vorangehend Impulsdauer und einem Tastverhältnis, das durch die progressive Verlängerung der Dauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen mit steigendem Beleuchtungspegel absinkt (Variation der Dauer zwischen wenigen Mikrosekunden bis einigen Hundertstel einer Sekunde). Eine derartige Zerhackerwirkung bei schwachen Beleuchtungspegeln gehl auf Kos-en einer Verringerung der Lichtstärke am Schirm im Vergleich zur Schirmiichtstärke einer Röhre, die mit einer Mikrokanalplattc ausgerüstet ist und deren Kathode durch eine Nenngleichspannung gespeist werden würde. Dem laßt sich leicht abhelfen, wenn in der Anordnung die nötigen Vorkehrungen getroffen werden, um die Spannung zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Mlkrokanalplatte derart zu kalibrieren, daß die erwähnte Lichtstärkedifferenz durch die Erhöhung der Verstärkung der Mikrokanalplatte in umgekehn-jm Verhältnis ausgeglichen wird. In allen Fällen kann sich das Tastverhältnis in diesem schwachen Beleuchtungsptgelbereich den maximalen Wen = 1 verhältnismäßig dicht nähern und dadurch wenig hemmend wirken.

Nur erläuterungshalber werden nachstehend belsplelsweise die Werte der zu verwendenden Elemente ange geben:

16 - 2 N 2907 21 - lOkn

23 - 2 N 2222

24 - 1 kn

28 - lOkn

29 - 4,7 kn 32 - ImF 39 - 330 pF

20

25

30

40 - 330 pF 43 - Ι0ΜΩ 50 - lOOkfl

52 - 10 nF

53 - 1ΜΩ

54 - 200 ΜΩ

61 - 330 kn

62 - 1 ΜΩ

63 - 2 N 2484

64 -680 Ω

65 - 5000 pF 71 -220kΩ 72' - 22OkSl 75 - 47 kΩ

86 - 1 kn88 - 4.7 90 - 1 kΩ

92 - 330 pF 94 - 2.1 kΩ

In einer zweiten Ausführungsform der crflndungsgcmäßen Speiseanordnung gemäß Flg. 3 Ist die Speisespannung der Photokathode eine kontinuierliche Spannung für den schwachen Beleuchtungspegelbereich In Fig. 3 und Flg. 2 haben gleiche Elemente gleiche BezugszlfTern, und die Elemente 48. 49. 50. 51 52. 53. 54. 57. 58. 59, 60. 61. 62. 112 und 113 bilden eine elektronische Anordnung. Die Spannungsversorgung des Schirms und der Mikrckanalplattc erfolgt nut' gleiche Welse wie in der bereits beschriebenen bevorzugten AusfOhrungsform. In diesem Fall besteht die Speisung der Photokainode aus einem dritten Oszillator 100. einem Sägezahngenerator 101 und einem Impulsgeber 102, die kaskadengeschaltei sind, einem vierten Spannungsvervielfacher 103, einem Feldeffekttransistor 105

so und einem Widerstand 107.

Der mit der Spannung I₀ gespeiste Oszillator 100 1st ein Rechteckimpulsgeber vom bekannten Typ. der zum Erzeugen eines Signals über seinen Ausgang dient, das aus gut kalibrierten Rechteckspannungsimpuiscn mit konstanter und vorgegebener Frequenz besteht. Vorzugsweise verträgt sich diese Frequenz gut mit einer guten Beobachtung durch das menschliche Auge und beträgt beispielsweise 100 Hz. Das Signal, das schematisch bei MO in Fig. 3 angegeben wird, wird auf einen bekannten Sägezahngenerator übertragen, der ein positives Spannungssignal 111 mit symmetrischen Sägezähnen mit gleicher Frequenz wie der der Impulse des Signals UO erzeugt. Das Signal Ul gelangt an einen ehten Eingang eines Impulsgebers 102. von dem ein zweiter Eingang eine positive Gleichspannung erhält, die im Betrieb der Röhre und bei sich erhöhenden Beleuchtungspegeln der Szene zwischen einem Wen höher als der höchste Wen des Signals 111 und einem

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Wert kleiner als der kleinste Wert des erwähnten Photokethode verbunden ist. Das andere Ende des Signals 111 verläuft. Der Differenzverstärker 60. der die Widerstandes 107 ist mit der Source-Elektrode des erwähnte variable Gleichspannung erzeugt, wird wie ein Transistors 105 und mit der Elngangsklcmme 11 der Verstärker mit der Verstärkung 1 geschaltet. Zu diesem Mlkro'.analplaite verbunden. Der Ausgang 114 des Zweck erhält der Differenzverstärker 60 an seinem posi- 5 Impulsgebers 102 ist an die Basiselektrode des Irantiven Eingang 59 das veränderliche positive Spannungs- slstors 105 angeschlossen. Der Kondensator 118 hat signal der Kathode der Zenerdlode 57. während der eine solche Kapazität, daß er an seinen Elektroden die Ausgang 113 des erwähnten Verstärkers 60 direkt mit Nennspeisespannung der Phoiokathodc führt, und diese dem negativen Eingang verbunden ist. Auf bekannte Bedingung bestimmt die Bemessung des Vervicllachers Welse erzeugt der Impulsgeber 102 am Leiter 114 ein 10 103. Beim Fehlen von impulsen am Leiter 114. wobei Spannungssignal, das aus Rechteckimpulsen mit einem der Transistor 105 dann gesperrt Ist, erhüll die Photokavorgegebenen Nennspannungswert mit gleicher thode Ihre Nennspannung. Beim Auftreten eines Impul-Frequenz wie der der Signale 111 besteht, wobei die ses leitet der Transistor 105 und verbindet die Photoka-Vorderflanke jedes Impulses mit dem Schnittpunkt des thode direkt mit dem Eingang der Mikrokanalplatte. erhaltenen Spannungspegels am zweiten Eingang des 15 Der Widerstand muß den Entladestrom des Konden^i-Gebcrs 102 und mit der Vorderflanke jedes Sägezahns tors Ober den Transistor 105 in den leitenden Perloden zusammenfällt, während die Rückflanke jedes Impulses dieses Transistors 105 begrenzen, d. h. für die Dauer mn dem Schnitinnnkt rjes erwähnten Spannungspegels jedes Impulses: diese Funktion ist besonders am und der Rücktlanke jedes Sägezahns zusammenfällt. Anfang der Zerhackerwirkung sehr kritisch. Dies Für die Dau,:j jedes Impulses am Leiter H4 leitet der 20 bedeutet einen minimalen ohmschen Wert des Wider-Transistor 105 und Ist die Spannung ΙΊ ungefähr gleich Standes 107, dessen maximaler ohmscher Wen durch Null. Umgekehrt ist beim Fehlen von Impulsen am die Zeitkonstante bestimmt wird, die der Widerstand Leiter 114 der Transistor 105 gesperrt und hat die Span- und die Streukapazitüt zwischen der Photokathodc und nung 11 einen Nennwert von beispielsweise 200 Volt. dem Eingang der Mikrokanalplatte bilden und entsprc-Dicser Arbeitsbereich der Röhre entspricht einem 25 chend der die Nennspannung zwischen den Klemmen Zwischenberelch von Beleuchtungspegeln, der analog 10 und 11 aufgebaut wird. Es sei bemerkt, dali ungcodcr identisch dem Bereich ist, der an Hand der Flg. 2 achtel des ohmschen Wertes des erwähnten Widcrstanbeschrieben wurde. Durch die bereits beschriebenen des und ebenfalls ungeachtet des ohmschen Wertes des Kalibrierungen und die Kalibrierungen der Schaltungen Widerstandes 94 in Fig. 2 der erwähnte ohmsche 100. 101 und 102 und bei sich erhöhenden Beleuch- 30 Widerstand um mehrere Größenordnungen kleiner als tungspegeln fängt der erwähnte Bereich beispielsweise der ohmsche Wen ist, der notwendigerweise in der bei einem Beleuchtungspegel von ungefähr 3.10~³ Lux Rückstromschaltung der Photokathode in einer bekannan. wobei der Oszillator 15 stoppt oder Im Begriff 1st, ten Röhre mit Gleichspannungsspeisung in Serie geseincn Betrieb auf die an Hand der Fig. 2 beschriebene schaltet ist.

Weise zu beenden, während der erwähnte Bereich bei 35 Im Zerhackerbetriebsbereich bekommt man also nach

Beleuchtungspegeln von ungefähr 10 Lux endet, von dieser zweiten Ausführungsform ein Tastverhältnis, das

welchem Wert an die gute Beobachtung durch das mit dem Zerhackerbetrieb veränderlich ist, indem die

menschliche Auge möglich ist. so daß die Röhre, die Dauer der Zerhackerimpul'= variiert wird, deren Fre-

mii einem Mikrokanal ausgerüstet ist und beispiels- quenz konstant bleibt und vorzugsweise derart gewählt

»eise für Fernrohre benutzt wird, nicht mehr nötig ist. 40 wird, daß sie sich mit einer guten Beobachtungsmög-

Für den erwähnten Beleuchtungspegelbereich schwankt lichkeit durch das menschliche Auge verträgt,

die Spannung am Punkt 113 beispielsweise zwischen 6,5 Es ist klar, daß andere bekannte elektronische Schal-

XoIt und 6.5 Millivolt, wobei diese Werte die maxima- tungen, die solchen aus obiger Beschreibung gleichwer-

len und minimalen Spannungswene des Signals 111 tig sind, eine Zerhackerspeisung der Kathode einer

sind. Für Beleuchtungspegel unter etwa 3.10"³ Lux ist 45 Röhre mit Mikrokanalplatte ermöglichen: beide

die am Punkt 113 vorhandene Gleichspannung höher beschriebene Ausführungsformen wurden nur beispiels-

als der Maximalwert des Signals 111, wodurch die weise erläutert.

Speisespannung der Photokathode nicht zerhackt wird. Es sei zu bemerken, daß hinsichtlich der beiden

d. h. die Röhre arbeitet ununterbrochen und ist mit der beschriebenen Ausführungsformen die zwei Beleuch-

Wirkung einer bekannten Röhre vergleichbar. 50 tungspegelbereiche, für die einerseits die Spannung I .·

In der beschriebenen zweiten Ausführungsform zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Mikroka-

erfolgt die Versorgung der Photokathode durch den in nalplatte schwankt, und zum anderen die Spannung I ,

Fig. 3 dargestellten Vervielfacher 103, der aus einer zwischen Photokathode und dem Eingang der Mikroka-

dritten Sekundärwicklung 115 des Transformators 34 nalplatte zerhackt wird, voneinander unabhängig sind,

gespeist wird, wobei ein Ende dieser Wicklung 115 an 55 Dieser Freiheitsgrad, der für die Regelungen zum Erhal-

den Punkt 44 mit Massepotential angeschlossen ist, ten einer optimalen Wirkung der Röhre vorteilhaft ist.

wahrend das andere Ende der erwähnten Wicklung 115 ist das Ergebnis davon, daß in Ausführungsformen des

mit einer Elektrode eines Kondensators 116 verbunden Elements, das die Spannung Γ, erzeugt, nämlich in der

ist. Dieser Vervielfacher enthält vorzugsweise eine Wicklung 21 (Fig. 2) bzw. im Kondensator 118

einzige Zelle, während die andere Elektrode des 60 (Fig. 3), das positivste Ende mil dem Eingang der

Kondensators 116 einerseits über die Anode und die Mikrokanalplatte verbunden ist. Die einzige Bedingung

Kathode einer Diode 117 mit der ersten Elektrode eines hinsichtlich der Spannungen I, und I _. ist. daß der

Kondensators 118 und mit einem Ende des Widerstan- Anfang des Abfalls der Spannung I, bei einem

des 107 verbunden und zum anderen über die Kathode Beleuchtungspegel erfolgt, der kleiner als oder gleich

und die Anode einer Diode 119 an die zweite Elektrode 65 dem Beleuchtungspegel ist. der dem Anfang des auf die

des Kondensators 118 mit der Drainelektrode des Spannung ΙΊ ausgeübten Clioppereffekts entspricht

Transistors 105 und schließlich mit der Klemme 10 (siehe Fig. 1). Insbesondere besteht eine nicht darge-

angeschlossen ist. die selbst mit der nicht dargestellten stellte Abwandlung der erwähnten zweiten Ausfüh-

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ningsform darin, daß der dritte Vervielfacher 18 entfällt und die von diesem Vervielfacher erzeugte zusätzliche Spannung Γ.·ι durch eine Spannung ersetzt wird, die aus der an den Zerhackereffekt unterworfenen Photokathodenspannung narh Transformierung. Gleichrichtung $ und Glättung besieht, wodurch das Entfallen des Oszillators 15 (Fig. 3) es ermöglicht, sich auf die Verwendung zweier Oszillatoren (14 und 100) zu beschränken. In einem derartigen Fall sind die Sägezähne, die das Signal Ul bilden, derart, daß die Zerhackerwirkung immer erfolgt, wobei das Öffnungsverhältnis für den schwächsten Belcuchtungspegelbereich konstant ist.

In bestimmten besonderen Anwendungen, in der sehr .schnelle Beleuchiungspegelschwankungen auftreten können, müssen die erfindungsgemäßen Speiseschaltungen eine sehr kurze Ansprechdauer haben und sind entsprechend dieser Ansprechzeit ausgelegt. Neben den beschriebenen Maßnahmen ist es in derartigen Fällen möglich, eine bekannte Anordnung zum Schutz gegen ·"■:

Überbelichiungen vorzusehen, um auf diese Weise die 20 ä[

Röhre schneller abzuschauen. m

Vorzugsweise wird eine auf diese Weise verwirklichte

Anordnung für eine Röhre mit doppelter Nahfokussie- S>

rung vorgesehen, die selbst für die nächtliche Beobach- :

tung einer Szene über Fernrohre benutzt wird. Die 25 ; j

Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf eine derar- :\

tigc Anwendung und die auf diese Weise gespeiste Rohre kann beispielsweise ein Rohr mit Bildinversion sein.

Im letzteren Fall ist eine Anwendung der erfindungs- 30 '

gemäßen Speiscanordnung unentbehrlich durch die ·

höheren Speisespannungen. Es kann sich ebenfalls um eine schnell arbeilende Röhre handeln, die mil einer Photokaihode mit geringem Widerstand ausgerüstet ist.

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Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Betrieb einer mit einer Photokathode, einer Mikrokanalplatte und s einem Leuchtschirm versehenen Bildverstärkerröhre,

mit einem ersten Oszillator und einem nachgeschalteten ersten Spannungsvervielfacher zur Erzeugung einer konstanten Spannung zwischen dem Leuchtschirm und dem Ausgang der Mikrokanalplatte.

mit einem zweiten Oszillator und einem nachgeschalteten zweiten Spannungsvervielfacher zur Erzeugung einer Spannung zwischen dem is Eingang und dem Ausgang der Mikrokanalplatte, wobei der zweite Oszillator vom mittleren Leuchtschinnstrom derart gesteuert wird, daß von eifezn vorgegebenen Wert des Leuchtschirrnsiforris sb mit ansteigendem Leucht- schirmstrom die Spannung zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Mikrokanalplatte vermindert wird, und

mit einem Spannungszerhacker zur Erzeugung einer Impulsförmlgen Spannung zwischen der Photokathode und dem Eingang der Mikrokanalplatie, dadurch gekennzeichnet,

- daß dem ersten Oszillator (14) ein dritter Spannungsven ilfacher (17) nachgeschaltet Ist, der mit dem zweiten Spannungsvervielfacher (18) In Reihe geschaltet ist und zusammen mit diesem die Spannung zwischen dem Eingang (11) und dem Ausgang (12 der Mlkruianalplatte liefert, und

- daß der Spannungszerhacker (19; 47 bis 60. 100 bis 107) zumindest von einem weiteren vorgegebenen Wert des Leuchtschirmstroms ab, der zumindest gleich dem bereits genannten vorgegebenen Wert des Leuchtschirmstroms ist, Spannungsimpulse mit konstanter Amplitude erzeugt, deren Tastverhältnis mit ansteigendem Leuchtschirmstrom derart abnimmt, daß einer Verdopplung des Leuchtschirmstroms eine Abnahme des Tastverhältnisses um mehrere Größenordnungen entspricht, wobei stets die Frequenz der impulsförmigen Spannung für eine gute Beobachtung des Leuchtschirmbildes mit dem Auge ausreichend ist.

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2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von dem vorgegebenen Wert des Leuchtschirmstroms die Spannung zwischen dem Eingang und Ausgang der Mikrokanalplatte auf einen vorgegebenen Wert sinkt und daß etwa anschließend das Tastverhältnis der Spannungs-Impulse des Spannungszerhackers abnimmt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Wert und der weitere vorgegebene Wert des Leuchtschlrmstroms etwa gleich sind.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Leuchtschirmstrom unterhalb des weiteren vorgegebenen Wertes das Tastverhältnis der Spannungslm- pulse des Spannungszerhackers etwa gleich i Ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der vom Spannungszerhacker erzeugten Spannungsimpulse konstant Ist.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Reihenschaltung aus einem dritten Oszillator, einem Sägezahngenerator und einem Impulsgeber und durch einen vierten Vervielfacher, dessen Ausgangsspannung über einen Widerstand dem Ausgang der fc'ikrokanalplatte und der Fotokathode sowie der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode eines parallel dazu geschalteten Feldeffekttransistors zugeführt ist. wobei die Steuerelektrode des Feldeffekttransistors mit dem Ausgang des Inipulsgebers verbunden Ist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 0. dadurch gekennzeichnet, daß bei Leuchtschirmsirömen unterhalb dts weiteren vorgegebenen Wertes der Feldeffekttransistor ständig gesperrt ist.

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Oszillator Impulse mit konstanter Freouenz erzeugt.