DK147987B - Moduleret energibesparende afboejningsforstaerker - Google Patents

Description

147987 i 5 Opfindelsen angår en energibesparende afbøjningsforstærker omfattende en strømforbrugende belastning og en forstærker, som leverer strøm til denne belastning med negativ tilbagekobling under styring af styresignaler svarende til den i belastningen øns-10 kede strøm, samt omfattende en yderligere strømkilde der leverer spidsbelastningsstrøm til belastningen, hvorved den yderligere strømkilde er indrettet til at afgive en i hovedsagen konstant strøm til den strømforbrugende belastning.

15

Anvendelsen af magnetisk afbøjning i mange typer af visningsudstyr med katodestrålerør er velkendt. En af grundene til at magnetisk afbøjning foretrækkes, er de udmærkede egenskaber med hensyn til lysstyrke 20 og opløsning, som kan opnås. Imidlertid har magnetiske afbøjningskredse et betydeligt større effektforbrug end elektrostatiske kredse. Den strøm, som skal tilføres et katodestrålerørs afbøjningsåg, skal normalt kunne varieres fra en negativ værdi (med henblik 25 på afbøjning til den ene side af skærmen), gennem nul (med henblik på at strålen skal ramme midt på skærmen), og til en høj positiv værdi (med henblik på afbøjning til skærmens modsatte side). Da afbøjningen skal stemme overens med det ønskede billede, må 30 den være tilvejebragt ved hjælp af en lineær forstærker, som arbejder med egnede positive og negative spændingskilder. Dersom afbøjningen skal kunne ændres yderst hurtigt, må spændingskilderne tillige kunne levere en forholdsvis høj spænding. Men når strømva- 2 147987 1 riationerne i åget er forholdsvis langsomme, skal drivspændingen være forholdsvis lav. Den til driv-ning af åget indrettede udgangsforstærker må derfor frembringe et betydeligt spændingsfald under en be-5 tydelig del af drifttiden, samtidigt med at den leverer en betydelig strøm. Det er dette, der forårsager det store effektforbrug. I et visningsudstyr som f.eks. fjernsyn eller andre systemer med rasterafbildning cirkuleres energien i reaktive organer og 10 spares. Men i andre typer af visningsudstyr, som f.eks. stråleskrivere, er dette ikke muligt.

Det er kendt at anvende energibesparende modulerede strømforsyningsaggregater for at spare energi i vis-15 ningsudstyr uden resonans. I disse aggregater spares energien ved udnyttelsesforhold-modulation af en strøm, som tilføres belastningen. Sådanne aggregater er enten helt "åbne" eller helt "lukkede". Når de er helt åbne, svarer de til en kontakt, som er sluttet 20 til dannelse af en forbindelse med lav modstand, så at en stor gennemgående strøm ikke bevirker noget stort effekttab. Ved at bringe strømkilden til at være "åben" i en passende brøkdel af tiden med en forholdsvis høj koblingstakt eller frekvens, kan den 25 gennemsnitlige strøm reguleres med forholdsvis små effekttab inden i selve strømforsyningsaggregatet.

Imidlertid er der ikke blevet fremskafftet strømforsyningsaggregater af denne art, som kan styres tilstrækkeligt godt med henblik på en korrekt og lineær 30 gengivelse af et indgangsstyresignal, således som det kræves i visningsudstyr af høj kvalitet med ka-todestrålerør.

Pra US patentskrift nr. 3 628 083 kendes en afbøjnings- 147987 3 1 forstærker, der har en konstantstrømsgenerator, der hele tiden er forbundet med afbøjningsspolen.

Dette har den væsentlige ulempe, at det er nødvendigt 5 at kunne lede strømmen fra konstantstrømsgeneratoren væk gennem shuntregulatoren. Denne shunt-regulering bevirker et stort energiforbrug, idet der både vil afsættes tabseffekt i regulatoren og i konstantstrømsgeneratoren .

10

Formålet for opfindelsen er at anvise en energibesparende afbøjningsforst grker, der ikke har ovennævnte ulemper, og samtidig at anvise velfungerende energibesparende magnetiske afbøjningskredse til anvendelse 15 med visningsudstyr med katodestrålerør.

Dette formål opnås ved, at der findes styremidler, der er indrettet til, når de til forstærkeren tilførte styresignaler af den ene eller den anden pola-20 ritet overskrider en bestemt værdi, at forbinde strømkilden i en tilsvarende polaritet med belastningen, således at strømmen i belastningen er summen af strømmene fra forstærkeren og strømkilden, idet forstærkeren er indrettet til at levere en strøm, 25 der svarer til forskellen mellem den strøm, der leveres af strømkilden og den belastningsstrøm, der fastlægges af styresignalet, og når styresignalerne til forstærkeren ikke overskrider nævnte værdi, at 4 T47987 1 afbryde forbindelsen mellem strømkilden og belastningen.

Når belastningen, som f.eks. kan være en selvinduktion, 5 ikke modtager strøm fra strømkilden, sammenlignes spændingsfaldet over en modstand i en strømreturvej ' med en referencespænding, og når strømmen har aftaget til en ønsket værdi, aktiveres kobleren igen, så at selvinduktionen igen modtager strøm fra strømkilden.

10

Dette sker fordi den energibesparende afbøjningsforstærker har en strømkilde, som er indrettet til at levere i hovedsagen konstant strøm, og denne konstantstrømkilde forbindes med en belastning i den 15 ene af to polariteter (eller frakobles) i afhængighed af, hvorvidt belastningsstrømmen skal være positiv eller negativ (eller mindre end halvdelen af strømkildestrømmen), idet den samme strømkilde afgiver den samme konstante strøm til belastningen, 20 uanset polariteten. Strømmen fra det energibesparende strøm-modul adderes til strømmen fra en tilbagekoblet forstærker i afhængighed af indgangsspændingen på en sådan måde, at der frembringes en nøje reguleret samlet strøm, svarende til hvad belastningen 25 skal modtage i overensstemmelse med indgangsspændingen, 30 5 147987 1 Konstantstrømkilden kan levere hovedparten af den ønskede belastningsstrøm. Hvis der ønskes meget små strømme i belastningen, kan konstantstrømkilden helt udkobles fra strømvejen. Dette er umuligt ved den 5 kendte forstærker, idet reguleringen ellers umuliggøres. Der kan nemlig kun opnås positiv belastningsstrøm gennem konstantstrømsgeneratoren.

Ved hjælp af opfindelsen tilvejebringes altså stør-10 stedelen af den strøm, som normalt medfører effekttab, på en sådan måde at disse effekttab ikke opstår, hvorved der spares omtrent to trediedele af effektbehovet. Ved hjælp af opfindelsen er det muligt at forøge båndbredden i den lineære tilbagekoblingsstyr- lp ede forstærker, som i afhængighed af indgangssignalerne tilvejebringer den ønskede åg-strøm, idet der ved konstruktionen af en sådan forstærker kan tages mindre hensyn til effekttabene. Ved at der adderes 20 strøm til den strøm, der leveres af en i en tilbagekoblingssløjfe forbundet styret forstærker, vil den styrede forstærker tilvejebringe den nødvendige strøm til at gøre den samlede strøm gennem åget nøjagtigt så stor, som det kræves af det indgående 25 afbøjningskommando-signal.

Hvis man, som omhandlet i krav 2, lader konstantstrømkilden levere to trediedele af den maksimale strøm, der skal leveres til den strømforbrugende be-30 lastning, opnås, at forstærkeren aldrig skal levere en strøm, der er større end en trediedel af maksimum.

6 147987 1 Hvis man udformer afbøjningsforstærkeren som omhandlet i krav 3'.s kendetegnende del opnås et kredsløb, der kan fremstilles af almindelige, tilgængelige komponenter.

5

Det er hensigtsmæssigt, hvis man udformer afbøjningsforstærkeren, som dette er omhandlet i krav 4, 5 og 6, idet der hermed opnås velfungerende kredsløb på en enkel måde.

10

Endelig omhandler krav 7 en yderligere hensigtsmæssig udførelsesform for opfindelsen.

Opfindelsen skal i det følgende forklares nærmere 15 under henvisning til de på tegningen viste foretrukne udførelsesformer for afbøjningsforstærkere ifølge opfindelsen, idet fig. 1 på stærk forenklet og skematisk måde 20 viser princippet for ét af opfindel sens aspekter, fig. 2 viser en række tidsforløbskurver for driften af strømforsyningsudstyr iføl-25 ge opfindelsen, med en fælles tidsakse, fig. 3 er et skematisk diagram af en énpolet, moduleret energibesparende reguleret strømkilde ifølge et af opfindelsens 30 aspekter, og fig. 4 er et skematisk diagram af en topolet strømkilde ifølge et andet aspekt ved opfindelsen, vist i forbindelse med en magnetisk afbøjningskreds.

7 147987 5 Der henvises først til fig. 1, der viser en magnetisk afbøjningskreds 10 af den art, der er almindeligt kendt inden for teknikken, og denne afbøjningskreds omfatter en lineær forstærker 12, som giver strøm til et katodestrålerørs åg 14 med en åg-selvinduktion Ly 10 og en lille åg-modstand Ry. Åg-strømmen går også gennem en følemodstand Rg. En tilbagekoblingsmodstand Rp forbinder forstærkerens 12 indgang med forbindelsesstedet mellem åget og følemodstanden og er ved denne indgang forbundet med en indgangsmodstand R^.

15 Strømmen gennem åget 14 vil til enhver tid have en sådan størrelse, at spændingsfaldet over følemodstanden Rg (eller anden tilbagekobling) nøjagtigt udligner afbøjningskommandospændingen V , således som det er kendt inden for faget. I den lige omtalte af-20 bøjningskreds 10 er åg-strømmen Ιγ og forstærkerens udgangsstrøm 1^ den samme. Selv om ågets 14 modstand Ry er ganske lille, så strømmen Iy gennem åget ikke medfører noget effekttab af betydning, kan den krævede positionsændringshastighed og derfor strømændrings-25 hastigheden i åget 14 nødvendiggøre høje spændinger i forstærkeren 12. Og katodestrålerørets maksimale af bøjnings vinkel kan også krasve høje strømme fra forstærkeren 12. Imidlertid kan spændingen for en given st£øm gennem åget være ganske lille, så at det til 30 tider kan ske, at forstærkeren skal levere en stærk strøm samtidigt med at der skal være et stort spændingsfald inden i forstærkeren. Det er i sådanne situationer de store effekttab indtræder. Yderligere kræves det, at forstærkeren skal konstrueres med hen- 8 147987 1 blik på effekttab, hvad der går' ud oyer hensynet til båndbredden.

De ovennævnte problemer overvindes 1 overensstemmelse 5 med et første aspekt ved opfindelsen ved hjælp af et moduleret energibesparende strøm-modul 16, som tilfører en yderligere strøm, 1^, til åget 14, så at behovet for strøm fra forstærkeren 12 formindskes. Dette er vist skematisk i fig. 1, der viser en strømkil-10 de 18 for i hovedsagen konstant strøm, et par trevej svælgere 20 og 22, ledninger 24-26, samt en vælgerstyrekreds 54 (beskrives i det følgende under henvisning til fig. 4). Når vælgerne 20 og 22 er i den. viste stilling (a), flyder strømmen 1^ fra konstant-15 strømkilden 18 ( i den positive strømretning ) ind i ledningen 24, til åget 14, gennem jord og ledningen 26, gennem vælgeren 22 og tilbage til konstantstrømkilden 18. Dette medfører så en positiv strøm (ly nedad som vist i fig. 1) til åget 14.

20

Dersom fil forskel herfra vælgerne 20 og 22 sættes i deres midterstillinger (e), så vil strømmen fra konstantstrømkilden 18 helt enkelt cirkulere gennem ledningen 25, og slet ikke give nogen strøm til af bøj -25 ningskredsen 10. Når vælgerne 20 og 22 sættes i deres nederste stillinger (b), så vil strømmen flyde fra konstantstrømkilden 18 gennem vælgeren 20 til jord gennem ledningen 26, opad gennem åget 14 og tilbage gennem ledningen 24 og vælgeren 22 til konstantstrømkilden 18, 30 så at der fremkommer en negativ strøm (Ιγ strømmende opad) gennem åget 14..

Virkningen af det i fig. 1 viste apparat er vist på kurverne (a), (b) og (c) i fig. 2. Pig. 2's kurve 9 147987 1 (a) er bestemt til at vise spændingsforløbet, men - som antydet i parentes - kan den ligeså godt anvendes til at vise forløbet af den ønskede åg-strøm. Af kurve (b) i fig. 2 fremgår det, at dersom den af modu-5 let 16 leverede strøm Iq reguleres under hensyntagen til den ønskede åg-strøm (kurve (a)), så at Ig enten er to trediedele af den maksimale afbøjningsstrøm (ly) eller nul strøm, så behøver forstærkeren 12 aldrig at levere en strøm IA, søm er større end en 10 trediedel af maksimalstrømmen, som vist i kurve (e).

Dersom de i kurve (b) viste strømtrin i. virkeligheden reguleres under hensyntagen til den ønskede ågstrøm i overensstemmelse med afbøjningskommandospændingen V (kurve (a)), kan strømmen fra forstær-15 keren 12 enten understøtte eller modvirke denne strøm i afhængighed af den fra følemodstanden R,g aftagne tilbagekobling. Når der ønskes en maksimal negativ afbøjningsstrøm (til venstre i fig. 2), må der derfor adderes en negativ forstærkerstrøm til den fra kon-20 stantstrømkilden kommende strøm, så at resultatet bliver den maksimalt negative strøm. Dersom imidlertid afbøjningskommandospændingen (kurve (a)) falder til en værdi, der kun svarer til to trediedele af den maksimale strøm, og da denne strømmængde i. sin helhed 25 kan leveres .af Ic, bliver forstærkerstrømmen IA lig nul. Dersom det med andre ord antages, at trevejsvælgerne 20 og 22 sættes i deres stillinger (b), (c), eller (a) svarende til afbøj-nin.gskommandospændinger som er maksimalt negative, nær ved hul henholdsvis 30 maksimalt positive,,' så kan der svarende hertil fra forstærkeren leveres understøttende, modvirkende eller samlet strøm, så at forstærkerens maksimalstrøm formindskes med to trediedele, hvad der derfor gør det muligt at formindske effekttabet med næsten to tredie- ίο 147987 1 dele. Grunden hertil er - som det skal forklares mere indgående i det følgende - at den effekt, som tabes i en strømkilde ifølge opfindelsen, er uafhængig af strømkildens effektforsyningsspænding, og beløber sig 5 alene til nogle små modstandstab samt tab over mættede transistorer og dioder.

I overensstemmelse med et aspekt af opfindelsen viser fig. 3 en strømkilde af den type, som kan benyttes 10 ved virkeliggørelsen af det i fig. 1 viste princip.

De vigtigste komponenter i denne kreds er en stor selvinduktion L^q, som efter valg forbindes med en effektkilde ved hjælp af en elektronisk kobler SWI, som f.eks. kan udgøres af en PNP transistor, så-15 som en 2N3792. Denne transistor bringes til at lede takket være en NPN transistor Ql» så at den strøm, der flyder fra +VqC gennem spændingsdelermodstande 30 og 32, vil gøre SWI's basis mere negativ end dens emitter, hvorved den bliver mættet ledende. Derpå fly-20 der strømmen +Iqq nedad (som set i fig. 3) gennem induktoren og gennem en strømbelastning 34 (som f.eks. kunne udgøres af en afbøjningsforstærker, en magnetisk hukommelse, eller en anden strømforbrugende indretning) til jord, og til den negative side af ef-25 fektkilden Imidlertid vil transistoren kun være ledende, så længe den modtager et signal fra en OG-kreds 36, som i sin tur er indrettet til at reagere på periodiske kommuteringssignaler gennem en ledning 38 fra et taktur 40, samt på udgangssignaler-30 ne fra en sammenligningskreds 42 gennem en ledning 44. Kommuteringssignalerne på ledningen 38 har normalt en til et logidk ET svarende polaritet, så at OG-kredsen 36 kan arbejde, men disse signaler bliver periodisk til et logisk NUL tilstrækkeligt længe til at sikre,

U

147987 1 at transistoren vil være fuldstændigt ikke-ledende.

Når transistoren Qj er fuldstændigt ikke-ledende, flyder der ingen strøm gennem modstandene 30 og 32, så at basis og emitter i SWI har det samme potentiale, 5 så at også SWI bliver ikke-ledende.

Da imidlertid strømmen gennem en selvinduktiøn som bekendt søger at opretholde sin størrelse, flyder denne strøm nu opad gennem en følemodstand R, og gennem

SO

10 en diode 46 (fortrinsvis for høj strøm og lav spænding med henblik på mindst muligt effektforbrug). Indukto-ren L^'s selvinduktion er meget stor, så strømmen gennem den er meget nær ved at være konstant, og således vil strømmen i sløjfen (der omfatter induktoren, 15 strømbelastningen 34, følemodstanden Rg^ og dioden 46) aftage meget langsomt. Penne strøm frembringer et spændingsfald, som er negativt øverst på Rg^, som set i fig. 3, og dette påtrykked den ene indgang i sammenligningskredsen 42. Til sammenligningskredsen 42's 20 anden indgang påtrykkes en negativ referencespænding -VREp, og når spændingen over følemodstanden RgC er større (nærmere nul ) end referencespændingen, kommer der på ledningen 44 et udgangssignal, der giver 0G-kredsen 36 mulighed for at gøre transistoren Qj leden-25 de, så at den vil gøre den elektroniske kobler SWI ledende. Så snart kobleren SWI er blevet ledende, er forbindelsespunktet mellem kobleren, induktoren Lcg og dioden 46 meget stærkt positiv, så at dioden 46 modtager bagvendt forspænding, og der flyder ingen 30 strøm gennem følemodstanden Rsc, så at den tilsvarende indgang i sammenligningskredsen 42 i hovedsagen lægger sig på jordpotentiale. Således er denne indgang altid mere positiv end reference-indgangen til sammenligningskredsen når der ikke flyder nogen 1A7987 12 1 strøm, så at sammenligningskredsen bliver ved med at afgive et udgangssignal på ledningen 44. Penne tilstand fortsætter i sammenligningskredsen 42 indtil der indtræder en stor strøm gennem følemodstanden som 5 følge af den begyndende "lukning" af kobleren SWI, som bevirker en stor strøm gennem følemodstanden RSq, indtil denne strøm aftager til en værdi hvor spændingen ved modstandens øverste ende igen er nærmere nul end den negative referencespænding ved sammenligningskred-10 sens anden indgang.

Selvsagt repræsenterer sammenligningskredsen, referencespændingen og følemodstanden Rg^ kun en enkelt måde til at tilvejebringe et signal på en ledning 44 15 som reaktion på at strømmen er mindre end en given værdi (nemlig den værdi, der frembringer en til referencespændingen svarende spænding). Dersom det ønskes, kan der f.eks. anvendes en hvilken som helst type strømføleindretning til at tilvejebringe et sig-20 nal på ledningen 44, så snart strømmen til dioden 46 er mindre end en eller anden forud fastlagt værdi.

Dette kunne i den i fig. 3 viste udførelsesform omfatte det tilfældes hvor der ikke flyder nogen strøm gennem dioden 46, hvad der indtræders så snart koble-25 ren SWI bliver ledende.

Grunden til at den i fig. 3 viste regulerede strømkilde er energibesparende er den kendsgerning, at effektkilden +Yqq kun er indkoblet, når kobleren SWI 30 er i den fuldt ledende tilstand, og spændingen fra effektkilden +Vqq optræder kun over kobleren SWI, når denne er ikke-ledende, og der ikke flyder nogen strøm gennem den. Således udgøres det eneste effekt-forbrug i den i fig. 3 viste kreds af spændingsfalde- 13 147987 1 ne ved fremadrettet mætriingsstrøm gennem transistorerne og dioderne, små iR-spændingsfaid over føle-modstanden, samt sædvanligt effektforbrug i sammenligningskredsen, QG-kredsen og takturet 40. Dersom der 5 antages et udnyttelsesforhold (duty cycle) på 50$, så er den effekt, som forbruges i den i fig. 3 viste kreds, uafhængig af spændingen fra effektkilden +VCC, og kan udtrykkes som

10 PCC = 1/2 XCC VSWI + 1/2^ICCV46 + PSCICC ^ + "^CC PCCJ

hvor Vgyj er mætnings-spændingsfaldet i transistoren SWI, er forspændingsfaldet ved fremadgående strøm i dioden 46, og R^ er modstanden i den store selvin-15 duktion Lcc· Dette effekttab er meget mindre end hvad der indtræder med en lineær strømregulator, som arbejder med en spænding på Vqq og som skal levere en maksimal strøm på Icc, og dette effekttab er (i en bipolær lineær forstærker) lig med produktet af den 20 ene eller den anden effektkildespænding og den maksimale strøm i den ene eller den anden retning da dette er den gennemsnitlige effekt, som må kunne tabes i de to effektkilder.

25 En strømkilde af den art, der er beskrevet under henvisning til fig. 3 og indrettet til at anvendes som vist i fig. 1, er vist i fig. 4. I denne figur er fælles organer betegnet med de samme benævnelser og henvisningsbetegnelser som i fig. 3, i den udstrækning 30 det drejer sig om den del, hvori de positive strømme optræder. Den i fig. 3 viste kreds leverer til enhver tid strøm til strømbelastningen 34. Por at kunne tilpasse kredsen til den i fig. 1 viste anvendelse, er det nødvendigt at gøre det muligt at "tænde" og "sluk- ι4 147987 1 ke" den, og at styre dens polaritet. X fig. 4 er praktisk taget samtlige de i fig. 3 viste komponenter udført i dobbelt sæt, med undtagelse af den store selvinduktion Lqq* som er fælles for den positive 5 halvdel (til højre i fig. 4 og svarende til fig. 3) og en negativ halvdel (til venstre i fig. 4), som er udformet på lignende måde som kredsen i fig. 3, men arbejder med modsat polaritet og modtager effekt fra en negativ effektkilde ~^qq· Da den negative side sva-10 rer nøjagtigt til den positive side, skal den i fig.

4 viste kreds forklares under henvisning til den positive side, i den udstrækning dette er hensigtsmæssigt. Afbøjningskredsen 10 (fra fig. 1) er vist nederst i fig. 4 som omfattende strømbelastningen 34 (fra fig.

15 3)· Når strømmen gennem åget 14 er mellem plus og minus en trediedel af den maksimalt ønskede åg-strøm (I ), som vist ved vælgerstillingen (c) i fig. 1 og den miderste del af fig. 2, skal der ikke leveres nogen strøm Iq fra det energibesparende strøm-modul 16 20 (fig. 1, øverst i fig. 4), og for at opnå dette er der indført et par transistorer Qg og Qg med tilhørende spærredioder 50 og 52, så at det er muligt helt at spærre for strømmen fra det energibesparende strømmodul 16. Transistorerne og Qg gøres ledende hen-25 holdsvis ikke-ledende som reaktion på styresignaler Sg og Sg, som frembringes af en styresignalgenerator 54, (nederst i fig. 4), som skal beskrives nærmere i det følgende. Når det på den anden side ønskes at levere strøm fra modulet 16 til afbøjningskredsen 10, 30 er det nødvendigt at forhindre strøm i at flyde gennem den tilhørende hoved-koblers følemodstand ( d.v.s. at forhindre strøm gennem “Rqqj når kobleren SWI er ledende), og derfor er yderligere transistorer Q2 og indskudt i serie med følemodstandene for at afbry- 15 147987 1 de strømrejen, for den aftagende strøm, når den tilhørende hoved-kobler (SWI henholdsvis SW2) ikke fører strøm I„ til afbøjningskredsen 10. M!en selv om hver-

V

ken den ene eller den anden strømgenerator leverer 5 strøm til afbøjningskredsen 10, er det nødvendigt at opretholde regulatorstrømmen gennem den store selvinduktion £¢¢, så at styresignalerne til transistorerne Q2 og Qjj er af en sådan art, at de gør det muligt for "modparten" at tilvejebringe en jordslutning 10 for den af hoved-koblerne, som i øjeblikket leverer strøm til den store selvinduktion I<qq, så snart strømmen gennem induktoren ikke leveres som 1^ til afbøjningskredsen 10. Dette sker under kommando af .styresignalerne S2 og som frembringes af sty-15 resignalgeneratoren 5¾. Yderligere er hver hovedkobler udstyret med en ekstra serieforbundet ensretter 56 henholdsvis 58 for at forhindre høje spændinger fra. forstærkeren 12 i at bevirke bagvendt forspænding af den ene eller den anden kobler, når dens modpart 20 leverer strøm til afbøjningskredsen. En sidste ændring, som er nødvendig, er en styring af hoved-koblerens kommutering ved at der er tilvejebragt en yderligere indgangssignalledning 160 henholdsvis 162 til de tilknyttede 0G-kredse 36 henholdsvis -36. Disse 25 kredse styres af styresignaler S ^ og S^, som frembringes af styresignalgeneratoren 54 på en sådan måde, at når strømmen 1^ er nul eller positiv, tillader Sj OG-kredsen 36 at arbejde som forklaret under henvisning til fig. 3, så at kobleren SWI vil blive le-30 dende, selv om behovet for strøm fra modulet 16 til afbøjningsforstærkeren 10 (situation (c) i fig. 1 og 2) er lig med nul. Tidspunkterne for styresignalerne Sl"^6^s indtræden er vist nederst i fig. 2.

16 147987 1 Man kan betragte de i fig. 2 viste situationer i den viste rækkefølge (bjC,a)j og antage, at der først er behov for den maksimale negative strøm, og at der frembringes tegn som kræver en progressivt stigende po-5 sitiv strøm (i stedet for en jævn stigning som vist i kurve (a) i fig. 2). Til at begynde med er styresignalerne Sj, og Sg til stede, så at Qg leder og tillader en negativ strøm (-1^) at flyde opad fra afbøjningskredsen 10 gennem Qg, til venstre gennem den 10 store selvinduktion (+1^), op gennem ensretteren 58 og kobleren SW2 til effektkilden -Vec. Denne strøm reguleres som beskrevet under henvisning til fig. 3 ved den kombinerede virkning af at OG-kredsen -36 pe- . riodisk "slukkes" af taktursignalerne på ledningen 15 -38, hvad der bringer en stærk strøm til at flyde gennem følemodstanden -Rg^, så at sammenligningskred-sen -42 til at begynde med ikke giver noget signal på ledningen -44, men efter at denne strøm er faldet af, vil sammenligningskredsen -42 give et signal på 20 ledningen -44 og igen "tænde" OG-kredsen -36. Under dette tidsrum er et signal til stede på ledningen 162, idet styresignalet bliver frembragt som vist ne-derst i fig. 2.

25 Under den første halvdel af situation (c) er forskellen (i sammenligning med situation (b)) at Qg er blevet gjort ikke ledende på grund af fraværet af styresignalet Sg, men Qg er blevet gjort ledende ved styresignalet S2's fremkomst. Den venstre halv-30 del af fig. 4 fortsætter med at arbejde som før, men i stedet for at strømmen flyder opad gennem Qg fra jord, flyder den nu opad gennem Q2, hvor ved afdelingen for negativ strøm udnytter den positive strømafdelings gren for aftagende strøm (eng.: "decay cur- 17 147987 1 rent leg") til at. fuldstændiggøre sin strømvej under den første del af situation (o) når der ikke skal leveres nogen strøm til afbøjningskredsen 10. Så snart indgangsspændingen (afbøjningskommandospændingen) 5 imidlertid er svinget en smule over på den positive side under den anden halvdel af situation (c) i fig.

2, forsvinder styresignalet S^, så at der ikke længere er noget indgangssignal på ledningen 162 til OG-kredsen -36, og den negative hovedkobler SW2 kan 10 ikke længere lede. På den anden side fremkommer signalet S på ledningen l60,så at OG-kredsen 36 vil bringe kobleren SWI til at begynde at lede. Da både Sg og vedblivende er til stede, bliver og ved med. at lede. Q2 tilvejebringer den regulære re-15 turvej for aftagende strøm gennem følemodstanden

Rsc når kobleren SWI ikke er ledende, og tilveje-bringer en strømledevej fra den store selvinduktion Lcc til jord under de tidsrum, da kobleren SWI er ledende og "slukket". Når en ønsket afbøjnings-20 strøm overskrider plus en trediedel af den maksimale positive afbøjningsstrøm (situation (a) i fig. 1 og 2), "tænder" styresignalet transistoren Q^, så at positiv strøm Ipp kan flyde fra den venstre side af den store selvinduktion Lpp og nedad som vist i 25 fig. 1 (lp) til afbøjningskredsen 10. Desuden forsvinder styresignalet S^, så at ikke længere tilvejdbringer en strømledevej til jord og derfor ikke vil stille sig i parallel med afbøjningskredsen 10, hvad 1^ angår.

30

Den måde, hvorpå de nederst i fig. 2 og 4 viste styresignaler frembringes, er ikke af væsentlig betydning for opfindelsen, men signalerne kan let frembringes ved hjælp af Schmidt-triggere 60-62 som vist 18 147987 1 nederst til højre i fig. 4. Frembringelsen af styresignalerne S^-Sg foretages fortrinsvis med en vis hys-terese. Under henvisning til fig. 2 betyder dette, at en ændring af signalerne under omskiftning fra 5 situation (b) til situation (c) vil ske som reaktion på afbøjningskommandospændinger V af højere værdi end hvad der ville bevirke en omskiftning fra situation (c) til situation (b). Formålet hermed er at forhindre mange gange gentagne operationer i den i 10 fig. 4 viste kreds ved frembringelse af et tegn på skærmen nær ved overgangen fra situation (b) til situation (c) eller nær ved overgangen fra situation (c) til situation (a).

Dersom således den maksimale tegnbredde på skærmen 15 i den af åget 14 (fig. 4) beherskede afbøjningsretning svarede til en afbøjningskommandospænding af størrelsesordenen én tiendedel volt, så ville en hysterese af størrelsesordenen to tiendedele volt være hensigtsmæssig. Således vil deni fig. 4 viste Schmidt-trigger 20 61 blive "tændt" ved 0,34 gange maksimalspændingen og "slukket" ved 0,32 gange maksimalspændingen i den positive retning, og Schmidt-triggeren 62’s tærskelværdier kan være indstillet til "tænding" ved 0,34 gange den maksimale negative spænding og til "sluk-25 ning" ved 0,32 gange den maksimale negative spænding.

På den anden side styrer Schmidt-triggeren 60 omskiftningen fra den venstre til den højre halvdel af situationen (c), og arbejder derfor nominelt ved en afbøjningskommandospænding på nul. Den er imidlertid også 30 udformet med omtrent to tiendedele volt hysterese ved at dens tærskelværdier er indstillet til f.eks.

+0,1 volt og -0,1 volt. Udgangssignalet fra Schmidt-triggeren 60 omfatter styresignalet S^, udgangssig- 19 147987 1 nalet fra Schmidt-triggered 62 .omfatter styresigna-let Sg. Styresign.alerne S^, og Sg inverteres af invertere 64-66 til dannelse af styresignalerne Sjj henholdsvis S2· Således frembringer den nederst i 5 fig. 4 viste styresignalgenerator 54 styresignalerne S^-Sg i de nederst i fig. 2 viste tidsmæssige forhold, men med en smule hysterese for at forhindre frembringelsen af et givet tegn i at forårsage et stort antal omskiftninger i kredsen.

10

Dersom opfindelsen nu betragtes i sin i fig, 3 viste enkle udformning, vil det kunne ses, at en strømkilde ifølge opfindelsen først og fremmest omfatter en effektkilde (+Vqq)> soin gennem en kobler (SWI) er 15 forbundet med en forholdsvis stor selvinduktion (Lcc), idet strømmen gennem denne kan tilføres en belastning (34). Strømmen reguleres ved at afføle strømmens aftagen i en ensrettet returvej (R^, 46), som kun er ledende når kobleren er ikke-ledende. Når strøm-20 men i den ensrettede returvej er aftaget til en bestemt værdi, bliver kobleren igen gjort ledende. I-følge yderligere aspekter ved opfindelsen sker af-følingen af strømmen og styringen af koblerens ledningstilstand i afhængighed af en OG-kreds (36), 25 som blokeres periodisk ved hjælp af et kommuteren-de taktursignal (38) og igen "tændes" af en kreds (42), som sammenligner spændingsfaldet over en modstand (Rgø) i den ensrettede returvej med en referencespænding (“Vreji); sammenligningens retning og 30 polaritet er sådan at sammenligningskredsen fortsætter med at afgive et udgangssignal når der ikke er noget spændingsfald over modstanden Rsc, og vil faktisk frembringe et udgangssignal, undtagen når kobleren først gøres ikke-ledende og den maksimale 20 147987 1 begyndelsesstrøm føres gennem følemodstanden (RSq)·

Ifølge yderligere aspekter ved opfindelsen, som vist i den mere udviklede udførelsesform i fig. 4, er der 5 tilvejebragt et par modsat polariserede udgaver af den lige omtalte strømkilde, hvoraf den ene arbejder ud fra en positiv forsyningsspænding med henblik på at levere strøm til en belastning, og den anden arbejder ud fra en negativ forsyningsspænding med henblik 10 på at trække strøm ud af belastningen. Udover hvad der er nævnt ovenfor omfatter den mere komplicerede udførelsesform i fig. 4 koblingstransistorer (Q^, Qg) til at afspærre strømkilden fra belastningen når der ikke skal flyde strøm til eller fra belastningen, og 15 hver af de modsat polariserede strømkilder udnytter den andens ensrettede returvej som jordreturledning, når koblerne er gjort ikke-ledende og der ikke flyder nogen strøm gennem belastningen, for på denne måde at opretholde en strøm gennem den store selvinduktion 20 (L^q) en^ver tid. Yderligere er der tilvejebragt styresignaler, med hysterese, for derved at bringe hver af hoved-koblerne til at arbejde på styret måde alene når det ønskes at denne kobler skal levere reguleret strøm til den store selvinduktion (L^q), for 25 at tilvejebringe returveje for den anden strømkilde, og for at blokere sin egen returvej for at forhindre parallelkobling med belastningen når den pågældende kobler ikke leverer strøm til belastningen eller udnyttes som returstrømvej for den anden strømkilde 30 (når belastningen ikke modtager strøm fra den ene eller anden strømkilde).

I den i fig. 4 viste udførelsesform bevirker forstærkeren 12's tilbagekobling (fra Rg gennem Rp), 21 147987 1 at strømmen bringes til at antage netop den værdi, som kræves for at udfylde forskellen mellem den ønskede afbøjningsstrøm Ιγ og den af modulet 16 tilvejebragte strøm Ig. Denne tilbagekobling er udvendig, 5 men en indvendig tilbagekobling, f.eks. den som opstår ved at tilføre strøm i emitterpunktet i en sammensat emitter-forstærker (som f.eks. en Darlington-forstærker), vil også kunne tilvejebringe den fornødne tilbagekobling til opnåelse af den korrekte værdi 10 af den samlede strøm. Således kan der anvendes en

Darlington-forstærker eller anden forstærker med indvendig tilbagekobling, om så ønskes uden udvendig tilbagekobling.

15 Da modulet l6's strøm opretholdes hele tiden, kan den kobles ind og ud og omskiftes meget hurtigt, så at den kan anvendes til at spare energi i apparater med høje arbejdshastigheder, f.eks. stråleskrivere med en høj videofrekvens.

20 25 30

Claims (7)

147807

1. Energibesparende afbøjningsforstærker omfattende en strømforbrugende belastning (14) og en for- 5 stærker (12), som leverer strøm til denne belastning med negativ tilbagekobling under styring af styresignaler svarende til den i belastningen ønskede strøm, samt omfattende en yderligere strømkilde (16), der leverer spidsbelastningsstrøm til belastningen, 10 hvorved den yderligere strømkilde (16) er indrettet til at afgive en i hovedsagen konstant strøm til den strømforbrugende belastning* kendetegnet ved, at der findes styremidler (5*0, der er indrettet til, når de til forstærkeren tilførte 15 styresignaler af den ene eller den anden polaritet overskrider en bestemt værdi, at forbinde strømkilden (16) i en tilsvarende polaritet med belastningen (1*0, således at strømmen i belastningen (Ih) er summen af strømmene fra forstærkeren (12) og 20 strømkilden (16), idet forstærkeren (12) er indrettet til at levere en strøm, der svarer til forskellen mellem den strøm, der leveres af strømkilden (16) og den belastningsstrøm, der fastlægges af styresignalet, og når styresignalerne til forstærkeren (12) 25 ikke overskrider nævnte værdi, at afbryde forbindelsen mellem strømkilden (16) og belastningen (14) V.

1 PATENTKRAV

2. Afbøjningsforstærker ifølge krav 1, kendetegnet ved, at konstantstrømkilden (16) leverer 50 to trediedele af den maksimale strøm, der skal leveres til den strømforbrugende belastning (14).

3. Afbøjningsforstærker ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at konstantstrømkilden 147987 1 (16) omfatter en effektforsyningskilde (Ycc, -Vcc), en stor selvinduktion (Lee) og koblerorganer (SW^, SW2), der er forbundet mellem effektforsyningskilden og den store selvinduktion, samt en ensrettet strøm-5 vej (-46, Cfyj 46, Q2) der er forbundet parallelt med koblerorganerne og effektforsyningskilden, så den leder strøm til selvinduktionen (Lee) i samme retning som effektforsyningskilden, midler (-42, 42) til at afføle strømstyrken i den ensrettede strømvej 10 og indrettet til at afgive et kobleraktiveringssignal, når strømstyrken er under en fastlagt størrelse, og koblerstyreorganer (:-36, 36, 30 j 32, 40, Q^, Q^), der styrer aktiveringen af koblerorganerne (SW1, SW2) i afhængighed af strømaffølingsmidlerne (-42, 42) for 15 at deaktivere koblerorganerne periodisk, og for at gen-aktivere koblerorganerne afhængigt af nævnte kobleraktiveringssignal og tilstedeværelse af forstærkerindgangssignaler, der overskrider nævnte værdi, hvorved gennemsnitsstrømmen gennem den store 20 induktans er fastlagt af koblerorganernes udnyttelsesforhold som funktion af nævnte værdi og indgangssignalet, der overskrider den bestemte størrelse.

4. Afbøjningsforstærker ifølge krav 3, kende -25 tegnet ved, at den ensrettede strømvej (-46, Qjj, 46, Q2) indeholder en modstand (-Rsc, Rsc), og at midlerne til at afgive kobleraktiveringssignalet omfatter en referencespændingskilde (-VREF, VREF) og en sammenligningskreds (-42, 42), der afgiver kobler-30 aktiveringssignalet, når spændingen over modstanden (-Rsc, Rsc) er nærmere nul end referencespændingen.

5. Afbøjningsforstærker ifølge krav 4, k ende-tegnet ved, at koblerstyreorganerne omfatter et takt-ur (40) til at tilvejebringe et periodisk gen- 147987 1 taget signal, som under praktisk taget det hele af hver periode repræsenterer et logisk ET, og som under en lille del af perioden repræsenterer et logisk NUL, og en OG-kreds (-36, 36), som: arbejder i afhæn-5 gighed af takt-uret (40), sammenligningskredsen (-42, 42. og styremidlerne (54), der arbejder i afhængighed af om indgangssignalet overskrider en bestemt værdi.

6. Afbøjningsforstærker ifølge krav 53 kende- t egnet ved, at koblerorganerne (SW^, SW2) omfatter en første elektronisk kobler, og at koblerstyreorganerne omfatter en spændingsdeler (30, 32), som er forbundet med jævnstrømskilden i serie med en an-15 den elektronisk kobler (Q^, Q^), der er forbundet med OG-kredsen (-36, 36) og indrettet til at aktiveres af dennes udgangssignal, og hvor spændingsdeleren er forbundet med den første elektroniske kobler og indrettet til at aktivere denne, når OG-kredsen (-36, 36) 20 aktiverer den anden elektroniske kobler.

7· Afbøjningsforstærker ifølge krav 1 eller 2, kendet egnet ved, at den omfatter to jordforbundne jævnspændingskilder, hvoraf den ene (Vcc) 25 er indrettet til at levere strøm med positiv polaritet og den anden (-Vcc) er indrettet til at levere strøm med negativ polaritet, en induktor (Lee), et første sæt elektroniske koblerorganer (SW^), som er forbundet mellem den positive jævnspændingskilde 30 (Vcc) og induktorens (Lee) første ende, et andet sæt elektroniske koblerorganer (SW2), som er forbundet mellem den negative jævnstrømskilde (-Vcc) og induktorens anden ende, organer (46, Q2, Rsc) til efter valg at lede strøm fra jord til induktorens første