专利名称：使用升压自耦变压器的动态聚焦放大器输出的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于阴极射线管的动态聚焦调节电路，特别是使用自耦变压器来提升门控制的(gated)高压放大器的输出电压。
背景在用于显示或投影的阴极射线管中，一个或多个电子枪发射电子，这些电子被静电吸引到阴极射线管的荧光屏的磷光体上。当偏转线圈产生的时变磁场使电子束以光栅图案的形式进行扫描时，电子束电流的幅度被改变，从而改变磷光体的亮度。由于静电排斥，电子束往往趋向于发散。当CRT电子束中的电子从阴极运动到屏(阳极)时，与电子枪有关的聚焦装置使得在扫描电子束中的发散的电子再次会聚到焦点。具有最小电子束直径的精确的点取决于会聚力或聚焦力作用的距离。如果电子束会聚的距离大于或小于阴极与屏上电子束的瞬时扫描点之间距离，则电子束是未聚焦的。更具体地，电子束将是宽的、扩散的，并且投射到屏上比起它应该投射的更大的面积上。因此，当图像具有与一个磷光体粒一样小的象素尺寸时，除非电子束被聚焦以投射在正好一个象素上，否则不能达到图像的最好的可能的分辨率。
阴极与最小直径的点之间距离可被认为是聚焦装置的焦距。聚焦装置以类似于光学透镜通过衍射而会聚光线的工作方式工作。然而，光栅扫描期间CRT的聚焦装置所需要的焦距是变化的，因为阴极与屏之间的距离在典型的屏的区域内不是常数。
如果屏上所有的点都离电子枪相等的距离，则屏将规定具有一个以电子枪为原点的球面的一部分。现代显像管设计寻求在限制电视接收机的机柜深度同时使电视接收机具有相对较大的显示区域，以及荧光屏通常比起这样的球面平坦得多。典型的屏具有较小的曲率半径而不是平面，但曲率半径不同于电子枪与屏之间的距离。典型的曲率半径比起电子束原点与磷光体之间的距离长，并且它在整个荧光屏上不是恒定的。
CRT配备有可变聚焦电路，它适应在屏上的不同的点处的阴极与屏之间的距离差。最短的径向距离通常是在屏中心处。当从中心横向地左右行进或垂直地上下行进时，半径变长。最大距离是在显示器的四个角上。其他布局也是可能的，其中一个或多个电子枪是偏离中心的。
聚焦电路提供静电电压来把电子束会聚或聚焦到屏上的一个点。通过例如使用分开的聚焦电极，聚焦力包括直流和交流分量。为了适应在屏上不同的点的距离上的差别，也施加动态聚焦电压，以便在光栅扫描期间改变聚焦电路的焦距。需要的动态电压通常是抛物线形状，即，靠近屏的边缘比起中心具有更大的改变率。在极宽的和极浅的显像管的情形下，斜率的差别可能是极大的，在这种情形下，动态分量可被称为“浴盆形的”。
已经知道，从在水平偏转输出级的S整形电容器中产生的S校正电压以水平扫描速率得出用于聚焦调制的抛物线电压分量。也已经知道，如何通过积分在控制垂直偏转时使用的锯齿信号而提供垂直速率抛物线。因此，为了驱动CRT的一个或多个聚焦电极，例如，从偏转电源的B+电压或从回扫变压器的绕组得出整流的DC电平，加上水平速率抛物线形状的AC信号，加上类似形状的垂直速率抛物线。
作为另一个解决方案，已经知道，使用被耦合到端接一个电容器的变流器的偏转线圈电流，以积分代表水平偏转电流的电流的斜坡。这提供一个高的电压抛物线。基于或多或少地直接从偏转电路产生信号的这样的解决方案，在某些情形下工作得很好。然而，它们假设基本上连续的信号，并且例如在自动像偏(AKB)情形下工作得不好，在这些情况下希望门控制地接通和关断聚焦信号，或其中水平信号是不同于连续抛物线的某种信号。
美国专利6,278,246-George和美国专利6,118,233-Craig教导静电聚焦电路，该静电聚焦电路包括由偏转绕组供电的高压放大器并适于产生聚焦驱动信号，其中所述信号被门控制地接通和关断以用于AKB用途。在AKB采样间隔期间门控制地关断在低电平下的动态聚焦信号，可保证CRT中的电流被精确的采样，而不受高压水平速率波形的内部耦合的掺杂。放大器具有促进这样的对动态聚焦波形的接通/关断门控制的优点，以及也提供用于使得动态聚焦波形的形状最佳化的某些灵活性，例如，提供把聚焦信号整形为“浴盆”形状的可能。
然而，这样的放大器工作在相当高的电压。这些电压电平处于特定范围的上限，在这个范围内，某些放大器部件(诸如晶体管)是可提供的或有较长的工作寿命。这样做将是有利的提供一种具有高压放大器的好处的电路，但其中对部件的工作负荷较小，并且与电路有关的损耗也较小。
例如，用于电视或带有CRT的其他图像处理设备的设计准则可能要求使用被额定于至少给定的电压或功率电平的元件，所述给定电平高于这样的元件被使用时的电平，例如高出某个量或某一比例。这样的设计准则的目的可以是例如降低元件参量的额定值，以便延长设备的有用的工作寿命。然而，如果电路设计需要元件在其可用范围的极限条件下工作，则很难或不可能采用这样的设计准则。
按照本发明的一个方面，本发明减小对于使诸如晶体管之类的元件工作在可用的或额定的电压电平的极端上限条件下的需要。也就是说，即使工作在给定的电压电平的元件是可提供的，但按照本发明仍可以使用较低电压的元件。这是通过提供被耦合到动态聚焦放大器的输出端的升压变压器而实现的，这样，增加输出电压电平而同时保持与高压放大器类型的聚焦驱动电路有关的许多其他好处附图简述
图1是总的显示本发明的设备的示意图。
图2是显示被使用于图1的电路的开槽绕线管自耦变压器的透视图。
优选实施例描述图1显示按照一个创造性安排的视频成像设备，其中动态聚焦放大器22适于产生预定的输出幅度VA的时变聚焦调节信号，通过使用自耦变压器42，该电压被升压到较高的电压VF。较高幅度的电压VF被加到阴极射线管32的动态聚焦电极26。高的DC电压VDC被同时加到静态聚焦电极27。
本发明以这样一种方式提供高压动态聚焦信号其中允许使用被额定为在较低的电压下使用的放大器元件，由此改进器件的寿命而同时控制成本。
以与CRT32的屏上的电子束扫描的偏转频率电压有关的频率的抛物线电压来驱动聚焦电极26。输入抛物线信号VPARAB由总的在图1上显示的源35产生，该信号提供垂直和水平速率的抛物线分量，所述这些分量被相加并作为输入加到放大器22。
用于抛物线信号的各种源35是可能的。优选地，包括两个抛物线信号的分量，即，水平扫描频率的分量和垂直扫描频率的分量。对于在电极26处的动态聚焦输出需要较高幅度的水平变化，诸如1KV峰-峰值水平对300V峰-峰值垂直。
水平速率源有利地可以是在与水平偏转电路有关的S整形电容器上的电压。垂直速率源同样地可以从垂直偏转电路中的适当点处得出。
就加到放大器22的输入信号被描述为抛物线而言，应当看到，该信号是对于考虑CRT 32的显示屏的形状所必须的那个驱动信号。屏的平坦度和或电路属性可以使得就电压或电流或功率电平等而言，其最佳信号不完全相应于抛物线的数学函数。术语“抛物线”通常是指该必要的波形，以及典型地是指在相应于屏的外侧部分的信号部分处有较大的改变速率(即，时间斜率)和在相应于屏中心部分的信号部分处有较低的改变速率的信号。因此，该术语也包括所谓的浴盆形状，其中斜率差比起平滑的抛物线多多少少更为陡峭。
源或加到放大器22的输入“抛物线”信号，优选地包括垂直和水平速率抛物线电压分量，替换地可包含由此可以生成抛物线的分量或信号，诸如锯齿电流，它在被积分时产生抛物线。因此，例如，与积分器(未示出)有关的垂直速率锯齿可提供垂直速率抛物线信号。水平和垂直抛物线信号可被耦合到动态聚焦放大器22的一个或多个输入端，以产生具有预定的幅度的动态聚焦信号VA。
有利地，放大器22可以有附加的功能。放大器22例如可具有响应于控制信号门控制接通和关断动态聚焦输出的能力。控制信号可以是例如AKB传感信号VAKB，它在自动像偏反馈控制装置中在与传感CRT电流有关的测量间隔期间门控制关断动态聚焦输出。这个功能在图1上总的由以已知的方式来自一个源(未示出)的AKB传感信号VAKB表示，该AKB传感信号用于通过晶体管Q20接通和关断动态聚焦放大器22。
放大器22可以是共射共基放大器，它被耦合用于AKB门控制，如图1所示。电容器C23将水平速率抛物线经由电阻R17交流耦合到高压共射共基放大器22。电容器C10将垂直速率抛物线从源35电容性耦合到与水平抛物线在VPARAB处的相加接合点。
放大器22通常包括两个或多个高压晶体管，响应于来自自动像偏门控制信号VAKB经由晶体管Q20的抛物线输入分量，被控制用于偏置和开关。聚焦放大器22的直流工作点由电阻R10确定，而不是由输入抛物线信号确定。在输入端处的电容性耦合消除直流分量。电容器C24校正由放大器22的寄生输入电容(未示出)引起的相位延时，这样，水平聚焦校正被正确地定时。
在放大器22中，晶体管Q5和晶体管Q6被互相耦合，以形成差分输入级。这些晶体管具有非常高的集电极电流-基极电流比(被称为β)以提供晶体管Q5的基极处的高输入阻抗。晶体管Q5和Q6的基极-发射极结电压互相补偿，以及减小温度改变时的直流偏置漂移。电阻R10通常被耦合到晶体管Q5、Q6的发射极。晶体管Q6被耦合到+12V电源电压。晶体管Q6的基极处的电压由包括电阻R11、R12的分压器确定，以及被电容器C20滤波，并通过电阻R25被耦合到晶体管Q6的基极。
被耦合到晶体管Q5和Q6的发射极的共发射极电阻R10的数值被选择成导通约8.3mA[2.3/270]的最大电流。这保护高压晶体管Q20，它由AKB门控制信号VAKB开关。
晶体管Q20以共射共基配置被耦合到晶体管Q5。晶体管Q20有利地被保护而不被过驱动，因为晶体管Q20典型地只能容忍多到约10mA的集电极电流。这一保护是由如上所述的电阻R10完成的。
晶体管Q20和Q5的共射共基配置隔离跨过晶体管Q20的集电极-基极结的Miller电容(未示出)，这比起某些其他放大器偏置值提供增加的带宽。共射共基偏置也使得放大器增益与高压晶体管Q20的低的β无关。放大器22由电源电压(例如约1600伏)驱动，该电源电压可以从被整流和滤波用于激励放大器22的升压的回描电压得出。有源上拉晶体管Q1把集电极耦合到1600伏电源电压。晶体管Q1的基极上拉电阻R1经由包括二极管D7和电容器C26的自举或升压装置被耦合到电源电压。二极管D5与电阻R1串联耦合以及被耦合到晶体管Q20的集电极。二极管D4被耦合在端子97a处的晶体管Q1的发射极以及晶体管Q20的集电极之间。
在来自回描电压源的负的峰值期间，二极管D7把在二极管D7的阴极处的电容器C26的一个末端箝位到+1600伏电源电压，以及晶体管Q20把电容C26的另一个末端牵拉到接近地电位。晶体管Q1由二极管D4和D5保持关断。当电源电压上升时，被存储在电容器C26中的能量通过电阻R1被馈送到晶体管Q1的基极。在电阻R1上的电压被保持为高电压，并且晶体管Q1的基极电流也被保持，即使晶体管Q1上的集电极-发射极电压接近零时也是如此。所以，晶体管Q1发射极电流被保持。于是回扫电压源的输出正的峰值可以非常接近+1600伏电源电压电平，而不失真。
图1所示的电容C1代表与聚焦电极26有关的和布线的电容。有源上拉晶体管Q1提供流到自耦变压器42的中心抽头的电流。下拉晶体管Q20同样地以推挽方式经由二极管D4吸收电流。
放大器22通过自耦变压器42驱动动态聚焦电极26，从R28和R29的分压器提供在DC偏置电平之上的动态聚焦电压，例如，在所示的本例中是8KV。此外，可以提供第二聚焦电极27，它可以具有由第二分压器R28’、R29’、从同一个10KV电源提供的静态DC电平。
按照本发明的一个方面，自耦变压器42被耦合在放大器22的输出VA与CRT 32的聚焦电极26之间，以便升压在放大器22的输出VA处的AC或动态聚焦电压分量，以便用不同的电压VF驱动聚焦电极26，其中在VF处的AC分量至少略大于在VA处的分量。
本发明尤其具有这样的有利的结果放大器22的各元件，尤其是高压晶体管Q1和Q20，不需要工作在或被额定于与VF处(即，在聚焦电极26处)的AC分量的峰-峰值幅度相同的电压幅度。放大器22可工作在相对较低的电源电压(在所示的实施例中为1600伏)，并且电压VA(略小于1600伏电源电压)的AC分量的峰-峰值幅度被升压到变压器42的输出电压VF处的更高的峰-峰值幅度，例如2KV。放大器22的各元件可被额定于(或按照打算减小应力的设计法则减小额定值)工作在1600伏，而产生需要放大器22工作在2KV时的输出电平。放大器22的各元件(诸如Q1和Q20)可被减小额定值，以及实际上工作在它们的最大额定电压的80％。这提高了聚焦电路的可靠性和寿命。
为了获得这些好处，变压器42不需要显著地倍增输入电压。在1600V到2KV的例子中，由变压器42提供的升压是25％。无论如何，这个可论证的较小的增加允许在放大器22中使用被额定于低于电压VA的峰-峰幅度的最大工作电压的元件，或允许可工作在更高的电压的元件被使用于额定值减小的较低的电压，以便获得更高的寿命和可靠性。
变压器42优选地是具有通过磁芯耦合的多个绕组43、45的中心抽头的自耦变压器。自耦变压器的中心抽头被耦合到放大器22的输出端，其上加上抛物线信号Vparab作为输入。两个变压器绕组43、45在中心抽头处被互相串联连接。通过串联电容器C22与一个绕组串联，变压器42的输出端被耦合到聚焦电极26。另一个绕组同样地通过电容器C21被AC耦合到地。在VF处的动态AC聚焦信号在聚焦电极26处与来自电阻R28、R29的静态DC聚焦电压相加。静态聚焦电极通过类似的电阻R28’、R29’的分压器被保持在静态聚焦电压VDC。分压器R28、R29或R28’、R29’的任一个或二者，以及与电压电极26、27的串联耦合，可以配备有另外的优选地可人工调节的电阻(未示出)，以用于微调。
按照图2所示的优选安排，自耦变压器42具体地被实现为开槽绕线管型。自耦变压器42升压动态聚焦放大器的输出，以便在聚焦电极上得到与相关的放大器22的输出相比的、升压的动态电压分量。这种较高的输出动态聚焦，例如适合于真正平坦的MR枪CRT(以前称为“Eureka”型)。这种CRT比起更传统的类型(诸如COTY枪CRT)需要更大的动态聚焦范围。通常，这两种类型以及其他类型可以从以上讨论的减小额定值方面获益。当使用如上所述的晶体管放大器时，有利地利用降低额定值法则作为设计准则来获得长时期的高可靠度。例如，假设可以达到的高压聚焦放大器的最大额定值是2KV，以及需要的输出是2KV，则降低额定值将成为问题。然而，如果按照本发明，自耦变压器甚至以10％到30％的较小的比例(以及可能地以更高的比例)提升输出电压，仍有可能容易地达到必要的幅度输出，而同时遵从用于提高可靠度或延长使用寿命的降低额定值准则。
按照本发明，一个或多个抛物线信号Vparab可由任何种类的低电平信号发生器提供，所述发生器与扫描同步产生必要的信号形状。电压可以从偏转电路上可提供的节点或其他地方得到。因此，抛物线源例如可以是在S电容器上的电压，诸如被耦合到锯齿电流的积分器输出的另一个信号的经处理的版本，另一个形式的抛物线发生器的输出，数字控制波形发生器，“浴盆”波形电路等等。
在优选实施例中，抛物线放大器是能够进行门控制以便在AKB传感期间禁止聚焦信号生成的晶体管放大器。本文讨论的高压共射共基放大器装置基本上类似于在美国专利6,278,246或6,118,233中公开的共射共基放大器，所述所公开的放大器缺乏与自耦变压器42所提供的类似的输出电压提升。
按照本发明采用的自耦变压器42可以具有较多的匝数，因此具有相当高的电感，例如300到500mH，但不需要高的匝数比。这在共射共基放大器的情形下是适当的，它典型地额定于相对较高的电压但是较低的电流。按照本发明的一个方面，放大器元件，特别是晶体管的电压额定值可以通过使用自耦变压器提升输出电压电平而迫近或超过。虽然CRT聚焦电极基本上如静电或电压操作的机制那样工作，然而聚焦电路仍正确地工作。
自耦变压器42优选地在中心抽头处被驱动，以及电压输出的想要的升压比例的选取的通过选择匝数比或抽头“以上的”绕组45(即，被串联耦合在放大器22的输出端与聚焦电极26之间的线圈部分)相比于抽头以下的绕组43(即，被并联耦合在放大器的输出端与地之间的线圈部分)的匝数。匝数比大于1，由此，提升电压输出(VF＞VA)。抽头“以下的”的绕组由电容器C21被AC耦合到地，以及抽头“以上的”的绕组由电容器C22被AC耦合到聚焦电极26。
如果聚焦电路被使用于常规的1H隔行水平扫描频率(约15kHz)，则自耦变压器42的电感可以相对较高(即，大于500mH)，以确保放大器输出端的波形在聚焦电极处的良好重现。对于多H运行，自耦变压器42优选地以图2所示的开槽绕线管来构建(即，以轴向再划分的分段被编组的绕组来构建)，以使得电容影响最小化，这种电容影响会造成在较高的频率(例如，2.4H)下的输出失真。把自耦变压器拉长和再划分成轴向分段的开槽绕线管结构也使得在高压运行期间的电压应力最小化。如上所述，自耦变压器在中心抽头的任一边的线圈部分被分别耦合到CRT的聚焦电极26和电容器C21，该电容器21被耦合到地。电容值被选择为足够大以用于1H水平扫描运行，但没有高到造成充电/放电电流问题，特别是如果AKB门控制被使用来周期地去除聚焦电极的影响的话。在其中自耦变压器是具有300-500mH的电感值的开槽绕线管的优选实施例中，约470到1000pF(以及优选地1000pF)的电容值是适用的。
在不背离如在以下的权利要求书中阐述的本发明的原理和范围的前提下，本领域技术人员可以对以上为了解释本发明的性质而描述和说明的部件的细节、材料和安排作出各种改变。
权利要求
1.一种视频成像设备，包括包含聚焦电极的阴极射线管；具有与偏转频率有关的频率的抛物线信号源；响应于所述抛物线信号的放大器，该放大器放大抛物线信号，以生成具有预定的幅度的动态聚焦信号；以及被耦合在放大器与聚焦电极之间的变压器，该变压器升高用于并驱动聚焦电极的预定的幅度。
2.权利要求1的视频成像设备，其中预定的幅度是电压幅度，以及聚焦电极对于阴极射线管的电子束施加静电聚焦作用。
3.权利要求1的视频成像设备，其中变压器是具有通过磁芯耦合的多个绕组的自耦变压器。
4.权利要求1的视频成像设备，其中变压器是具有通过磁芯耦合的多个绕组的中心抽头的自耦变压器，以及其中自耦变压器的中心抽头被耦合到放大器的输出端。
5.权利要求4的视频成像设备，还包括被耦合在绕组之一与地之间的电容器，以及其中另一个绕组与聚焦电极串联耦合。
6.权利要求4的视频成像设备，还包括被串联耦合在绕组之一与聚焦电极之间的电容器。
7.权利要求4的视频成像设备，还包括被耦合到聚焦电极的静态电压源。
8.权利要求4的视频成像设备，其中所述聚焦电极包括动态聚焦电极以及CRT还包括静态聚焦电极，其中动态聚焦电极与绕组之一串联耦合，以及还包括被耦合到静态聚焦电极的静电电压源。
9.权利要求1的视频成像设备，其中变压器包括开缝绕线管。
全文摘要
自耦变压器升压高压放大器的输出，以便把驱动信号加到CRT的聚焦电极。得到或生成在诸如水平扫描频率的偏转频率下的抛物线信号，并把抛物线信号作为输入加到放大器。放大器的输出被耦合到自耦变压器的中心抽头。一个绕组被串联耦合到聚焦电极，以及另一个绕组被电容器与放大器输出并联地交流耦合到地。压器升压放大器的输出电压，以及可减小放大器中的晶体管所需要的电压额定值。
文档编号H04N3/26GK1618230SQ02827857
公开日2005年5月18日 申请日期2002年12月2日 优先权日2001年12月5日
发明者R·E·费恩斯勒, R·J·格里斯 申请人:汤姆森许可公司