УСТРОЙСТВО ПИТАНИЯ ПОДОГРЕВАТЕЛЯ КАТОДА КИНЕСКОПА Российский патент 1996 года по МПК H01J29/00 H05B1/02 

Изобретение относится к электронике и может быть использовано для питания подогревателей катодов косвенного подогрева или катодов прямого накала кинескопов, в частности цветных телевизионных (ТВ) приемников, а также для питания подогревателей катодов дорогостоящих электронных приборов, например магнетронов, ламп бегущей волны, и просто приборов с накаливаемыми элементами для которых желательно продление срока службы.

Известны устройства для питания подогревателей катода, в которых при подключении холодного подогревателя к источнику переменного тока возникает бросок тока через подогреватель, превышающий номинальный ток питания его в 7-10 раз, одновременно с броском тока появляющееся напряжение анода кинескопа, статически воздействуя на недогретый активный слой катода, разрушает его, вырывая с его поверхности излишнее количество частиц. Это способствует сокращению срока службы катода и кинескопа.

Продлить срок службы кинескопа можно, если подключать источник питания анода по достижении номинальной температуры поверхности катода, т.е. его активного слоя.

Поставленная задача решается, если по достижении напряжения на подогревателе до номинального подключать источник питания анода кинескопа через некоторый интервал времени, необходимый для полного разогрева активного слоя катода.

Наиболее близким по существенным признакам является устройство для питания подогревателя катода, которое содержит вторичный источник переменного тока, например, трансформатор, подогреватель, выпрямительный мост переменного тока, ограничитель пускового тока, вход сети переменного тока, транзистор, первый резистор, второй резистор, третий резистор, конденсатор, полевой транзистор, потенциометр.

В этом устройстве броски тока через подогреватель при подключении к сети переменного тока исключаются, однако поставленную задачу решить с его помощью нельзя.

Предложенное устройство для питания подогревателя катода кинескопа, содержащее вторичный источник переменного тока, выпрямительный мост переменного тока, вход сети переменного тока, к которому подключен вторичный источник, к выходу которого подключены последовательно соединенные подогреватель и диагональ по переменному току выпрямительного моста, диагональ постоянного тока которого подключена к входам соответствующей полярности ограничителя пускового тока, дополнительно содержит первый и второй диоды, полевой транзистор, первый, второй и третий резисторы, первый и второй конденсаторы, оптоэлектронный блок, выходы которого являются выходом устройства, причем катод первого диода подключен к точке соединения первого вывода вторичного источника переменного тока и диагонали по переменному току выпрямительного моста, анод соединен с первыми выводами первого и второго резисторов, первого и второго конденсаторов, а вторые выводы первого резистора и первого конденсатора соединены между собой и подключены к точке соединения первого вывода подогревателя и диагонали по переменному току выпрямительного моста, а также к первому входу оптоэлектронного блока, второй вход которого подключен к истоку полевого транзистора, затвор которого подключен к точке соединения вторых выводов второго и третьего резисторов и второго конденсатора, а сток его подключен к точке соединения первого вывода третьего резистора и катода второго диода, анод которого подключен к точке соединения вторых выводов подогревателя и источника переменного тока. При этом ограничитель пускового тока содержит первый и второй транзисторы, первый, второй и третий резисторы, лампочку накаливания и стабилитрон, положительный вход питания ограничителя пускового тока подключен к коллектору первого транзистора, через лампочку накаливания к его базе, соединенной с коллектором второго транзистора и через первый резистор ограничителя к базе второго транзистора, соединенный с катодом стабилитрона, а отрицательный вход питания ограничителя подключен через второй резистор ограничителя к эмиттеру первого транзистора, через третий резистор ограничителя к эмиттеру второго транзистора и непосредственно к аноду стабилитрона. Оптоэлектронный блок содержит оптопару, электронный ключ и первый резистор оптоэлектронного блока, катод и анод излучающего диода оптопары подключены соответственно к первому и второму входам оптоэлектронного блока, анод светоуправляемого элемента оптопары через резистор оптоэлектронного блока подключен к аноду электронного ключа и первому выходу устройства, а его катод к управляющему электроду электронного ключа, катод которого подключен к второму выходу устройства.

Сущность изобретения в том, что дополнительно введенные и соответствующим образом соединенные между собой радиоэлементы спустя оптимальное время, необходимое на прогрев до номинальной температуры подогревателя и катода, обеспечивают автоматическое замыкание выходных контактов устройства, т.е. подключение к питающей сети других радиоустройств, например ТВ приемника или части его, например блока развертки или источника питания анода кинескопа.

Сущность предполагаемого изобретения поясняется чертежами: на фиг. 1 приведена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 схема ограничителя пускового тока; на фиг. 3 схема оптоэлектронного блока.

Устройство питания подогревателя катода кинескопа (см. фиг. 1) содержит вторичный источник переменного тока 1, подогреватель 2, выпрямительный мост 3 переменного тока, ограничитель 4 пускового тока, вход сети переменного тока 5, первый диод 6, второй диод 7, полевой транзистор 8, первый резистор 9, второй резистор 10, третий резистор 11, первый конденсатор 12, второй конденсатор 13, оптоэлектронный блок 14, выход устройства 15, первый транзистор 16 ограничителя пускового тока (ОПТ), первый резистор 17 ОПТ, второй резистор 18 ОПТ, третий резистор 19 ОПТ, второй транзистор 20, лампочку накаливания 21, стабилитрон 22, оптопару 23, излучающий диод 24, светоуправляемый элемент (оптотиристор или оптосимистор) 25, первый резистор 26 оптоэлектронного блока, электронный ключ (тиристор или соответственно симистор) 27.

Вторичный источник питания 1 подключен к сети переменного тока через вход сети переменного тока 5. К выводам вторичного источника 1 подключен подогреватель 2 и выпрямительный мост переменного тока 3, соединенные последовательно. К диагонали постоянного тока выпрямительного моста 3 подключен ограничитель пускового тока 4. Параллельно входу ограничителя пускового тока 4 подключена последовательная цепь из первого резистора 9 и первого диода 6. Первый конденсатор 12 подключен к точке соединения первого вывода вторичного источника 1 с вторым выводом диагонали по переменному току моста 3, диагональ по постоянному току которого подключена к входам соответствующей полярности ограничителя пускового тока 4. Точка соединения второго вывода вторичного источника 1 и второго вывода подогревателя 2 соединена с анодом второго диода 7, катод которого через последовательно соединенные третий 11 и второй 10 резисторы соединен с анодом первого диода 6. Параллельно резистору 10 подключен второй конденсатор 13. Точка соединения резисторов 10 и 11 и конденсатора 13 соединена с затвором полевого транзистора 8, сток которого соединен с катодом второго диода 7, а исток с вторым входом оптоэлектронного блока 14, первый вход которого соединен с первым выводом подогревателя 2, а его первый и второй выходы с выходом устройства 15.

К положительному входу питания ограничителя пускового тока 4 (см. фиг. 2) подключены коллектор первого транзистора ограничителя 16, его база и соединенный с ней коллектор второго транзистора 20 через лампочку накаливания 21, а также база второго транзистора 20 через второй резистор ограничителя 18. К отрицательному входу питания ограничителя пускового тока 4 подключены эмиттеры первого 16 и второго 20 транзисторов ограничителя через первый 17 и третий 19 резисторы ограничителя соответственно и база второго 20 транзистора через катод-анод стабилитрона 22.

Излучающий диод 24 оптопары 23 оптоэлектронного блока 14 (см. фиг. 3) катодом подключен к первому входу, а анодом к второму входу блока 14. Светоуправляемый элемент 25 оптопары 23 анодом через первый резистор 26 оптоэлектронного блока подключен к аноду электронного ключа 27 и к первому выходу 15 устройства 14, а катодом к управляющему электроду электронного ключа 27, катод которого подключен к второму выходу 15 устройства.

Устройство для питания подогревателя катода кинескопа практически может быть реализовано на типовых радиоэлементах.

Устройство для питания подогревателя катода кинескопа (см. фиг. 1) работает следующим образом.

При подключении сети переменного тока на вход 5 к вторичному источнику переменного тока 1 напряжение с его выхода поступает на последовательно соединенные подогреватель 2 и выпрямительный мост переменного тока 3. В момент подключения подогреватель 2 холодный и имеет наименьшее сопротивление, поэтому большая часть напряжения с выхода вторичного источника 1 падает на выпрямительном мосте 3 и на цепи диод 6 резистор 9 конденсатор 12, которая включена параллельно мосту 3. При этом отрицательное напряжение на резисторе 9 наибольшее. Постоянное (нефильтрованное) напряжение, поступающее с диагонали по постоянному току моста 3 на ограничитель пускового тока 4 также наибольшее. Ограничитель пускового тока выполняет функцию ограничения тока через подогреватель 2 при подключении его к источнику переменного тока и может быть реализован так же, как в устройстве-прототипе. В предлагаемом устройстве ограничитель выполнен по схеме с обратной связью, на том же принципе, что и в устройстве-прототипе.

Наибольшее отрицательное напряжение (см. фиг. 1), снимаемое с фильтра резистор 9 конденсатор 12 поступает через резистор 10 на затвор полевого транзистора 8 и запирает его. В момент подключения к сети переменного тока ток через подогреватель минимален, полевой транзистор закрыт и оптоэлектронный блок 14 не работает, вследствие чего выводы 1 и 2 между собою не замкнуты. При разогреве подогревателя 2 протекающим током его сопротивление увеличивается, падение напряжения на нем растет, а на выпрямительном мосте 3 и на параллельной ему цепи диод 6 резистор 9 конденсатор 12 уменьшается. При этом возрастает положительное напряжение на стоке полевого транзистора 8 и на его затворе до тех пор, пока напряжение на мосте 3 не станет минимальным. Напряжение на мосте 3 достигает минимального значения после разогрева подогревателя 2, сопротивление которого при этом наибольшее.

По прошествии времени, достаточного для разогрева подогревателя, падение напряжения на нем достигает наибольшего значения, а напряжение на затворе полевого транзистора 8 возрастает до напряжения отпирания его с задержкой во времени, определяемой постоянной времени цепи резистор 10 резистор 11 конденсатор 13 и необходимой для полного разогрева катода кинескопа. Это обусловлено тем, что температура катода достигает номинального значения с некоторой задержкой во времени, определяемой степенью тепловой связи между подогревателем и катодом. При отпирании полевого транзистора 8 и дальнейшем возрастании тока стока срабатывает оптоэлектронный блок 14, в результате чего выход 1 соединяется с выходом 2 устройства, что обеспечивает возможность включения внешнего устройства.

Ограничитель пускового тока работает следующим образом. При подключении подогревателя 2 к источнику переменного тока напряжение на диагонали постоянного тока выпрямительного моста 3 максимально. При этом транзистор 20 открыт за счет повышенного напряжения на его базе, что является следствием увеличения падения напряжения на стабилитроне 22, имеющем повышенное дифференциальное сопротивление при увеличении тока через него при увеличении питающего напряжения. При наибольшем напряжении на ограничителе пускового тока 4 и при открытом транзисторе 20 большая часть напряжения падает на лампочке накаливания 21, которая при малой тепловой инерции (значительно меньшей, чем у подогревателя 2) в момент подключения к сети переменного тока накаливается в течение короткого интервала времени. При проводящем транзисторе 20 и накаленной лампочке 21, сопротивление которой при этом максимально, напряжение на базе транзистора 16 минимально, сопротивление его при этом наибольшее и переменный ток через выпрямительный мост 3 и подогреватель 2 минимален. Величина пускового тока через подогреватель 2 зависит от начального тока базы транзистора 20, зависящего от величин напряжений на стабилитроне 22 и резисторе 19.

При уменьшении сопротивления транзистора 16 происходит перераспределение напряжений, падающих на мосте и подогревателе, в связи с тем, что чем больше падение напряжения на подогревателе, тем меньше падение напряжения на мосте, так как при уменьшении напряжения на мосте уменьшается ток базы транзистора 20 и напряжение на стабилитроне 22. В этом случае транзистор 20 закрывается, лампочка накаливания 21 при напряжениях питания ее ниже номинального не накаливается и сопротивление ее при этом минимально, что несмотря на минимальные падения напряжения на мосте 3 приводит транзистор 16 к режиму насыщения. Транзистор 16 в режиме насыщения обеспечивает минимальное сопротивление моста 3, а следовательно, минимальное падение напряжения на нем.

Оптоэлектронный блок (см. фиг. 3) работает следующим образом.

При величине тока через полевой транзистор 8, при которой светопоток от излучающего диода 24 достаточен, срабатывает светоуправляемый элемент 25 (тиристор или симистор) оптопары 23 и замыкает цепь управления анод электронного ключа 27 резистор 26 светоуправляемый элемент 25 управляющий электрод электронного ключа 27 (соответственно тиристора или симистора). При этом электронный ключ открывается и соединяет выход 1 с выходом 2 устройства. Если перед включением вторичного источника 1 в сеть переменного тока начальная температура подогревателя 2 более высокая, а его сопротивление больше, то время, необходимое на разогрев его и катода до номинальной температуры меньше за счет перераспределения напряжений между мостом 3 и подогревателем 2.

Поставленная цель включение внешней электрической цепи на выходе 15 устройства по прошествии оптимального времени, необходимого на нагрев подогревателя и катода кинескопа до номинальной температуры, решена путем введения двух диодов 6 и 7, трех резисторов 9, 10, 11, двух конденсаторов 12 и 13, одного полевого транзистора 8 и оптоэлектронного блока 14.

Предлагаемое устройство обеспечивает оптимальное время разогрева подогревателя и катода с последующим включением внешнего устройства независимо от начальной температуры подогревателя и катода. Чем выше начальная температура подогревателя перед подключением его к источнику переменного тока, тем меньшее время необходимо для достижения его температуры до номинальной.

Наиболее приемлемые способы практического внедрения предлагаемого устройства в том, что внешним подключаемым устройством может быть либо весь ТВ приемник, либо высоковольтный источник питания анода кинескопа, в частности блок развертки ТВ приемника. В зависимости от выбора внешнего устройства предлагаемое устройство может питаться либо через вторичный источник переменного тока 220 В, 50 Гц, либо от вторичной обмотки трансформатора блока питания ТВ приемника. При использовании трансформатора блока питания необходимость во вторичном источнике переменного тока 1 исчезает. Если включение внешнего устройства целесообразно выполнить по цепи постоянного тока, то в оптоэлектронном блоке 14 необходимо использовать тиристорную оптопару 23 и тиристор 27; если коммутация необходима по цепи переменного тока, то необходимо использовать симисторную оптопару 23 и симистор 27.

При правильном выборе радиоэлементов устройства мощность, потребляемая им от источника питания, составляет около 25% от мощности, потребляемой подогревателем.

Предлагаемое устройство обладает достаточной надежностью, так как при выходе из строя лампочки накаливания 21 или транзистора 16 тока через подогреватель нет, что исключает большой пусковой ток через него при подключении к сети переменного тока; при выходе из строя транзистора 20 пусковой ток ограничивается сопротивлением горячей лампочки накаливания 21 и отрицательной обратной связью через резистор 17; при отказе стабилитрона 22 транзистор 16 закрыт и тока через подогреватель нет, транзистора 8 внешнее устройство либо не подключается (нет тока через транзистор 8), либо подключается по достижении напряжения на излучающем диоде 24 до номинального.

В предлагаемом устройстве лампочка накаливания 21 (см. фиг. 2) одновременно может использоваться как индикатор, свидетельствующий о нормальном режиме работы устройства. При подключении устройства к сети переменного тока лампочка накаливания горит более ярко, если подогреватель холодный, и менее ярко, если он не успел остыть после отключения сети переменного тока.

В опытном образце устройства для питания подогревателя катода кинескопа получены следующие параметры: напряжение на холодном подогревателе 2 при включении вторичного источника переменного тока 1 в сеть переменного тока 0,75 В, сопротивление холодного подогревателя около 1,05 Ом; напряжение на выпрямительном мосте 3 при разогреве подогревателя до номинальной температуры составляет 1,7 В; время разогрева подогревателя до напряжения 6,3 В при токе 0,8 А около 20 с.

Использование: электроника, для питания подогревателей катодов косвенного подогрева или катодов прямого накала кинескопов, в частности цветных, а также для питания подогревателей катодов дорогостоящих электронных приборов, например магнетронов, ламп бегущей волны, генераторных ламп и др. Сущность изобретения: устройство для питания подогревателя катода кинескопа содержит вторичный источник переменного тока, выпрямительный мост переменного тока, подогреватель, ограничитель пускового тока, два диода, два конденсатора, три резистора, полевой транзистор и оптоэлектронный блок с соответствующими функциональными связями, чем обеспечивается оптимальное время разогрева подогревателя и катода кинескопа с последующим подключением его анода к источнику высокого напряжения. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. УСТРОЙСТВО ПИТАНИЯ ПОДОГРЕВАТЕЛЯ КАТОДА КИНЕСКОПА, содержащее вторичный источник переменного тока, выпрямительный мост переменного тока, вход сети переменного тока, к которому подключен вторичный источник переменного тока, к выводам которого подключены последовательно соединенные подогреватель и диагональ по переменному току выпрямительного моста, диагональ по постоянному току которого подключена к входам соответствующей полярности ограничителя пускового тока, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит первый и второй диоды, полевой транзистор, первый, второй и третий резисторы, первый и второй конденсаторы, оптоэлектронный блок, выходы которого являются выходом устройства, причем катод первого диода подключен к точке соединения первого вывода вторичного источника переменного тока и диагонали по переменному току выпрямительного моста, анод его соединен с первыми выводами первого и второго резисторов, первого и второго конденсаторов, а вторые выводы первого резистора и первого конденсатора объединены и подключены к месту соединения первого вывода подогревателя и диагонали по переменному току выпрямительного моста и к первому входу оптоэлектронного блока, второй вход которого подключен к истоку полевого транзистора, затвор которого подключен к месту соединения вторых выводов второго и третьего резисторов и второго конденсатора, а сток его подключен к месту соединения первого вывода третьего резистора и катода второго диода, анод которого подключен к месту соединения вторых выводов подогревателя и источника переменного тока. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ограничитель пускового тока содержит первый и второй транзисторы, первый, второй и третий резисторы, лампочку накаливания и стабилитрон, при этом положительный вход питания ограничителя пуского тока подключен к коллектору первого транзистора, через лампочку накаливания к его базе и к соединенному с ней коллектору второго транзистора, а через второй резистор к базе второго транзистора, соединенной с катодом стабилитрона, отрицательный вход питания ограничителя пускового тока подключен через первый резистор к эмиттеру первого транзистора, через третий резистор к эмиттеру второго транзистора и непосредственно к аноду стабилитрона. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оптоэлектронный блок содержит оптопару, электронный ключ и первый резистор, причем катод и анод излучающего диода оптопары подключены соответственно к первому и второму входам оптоэлектронного блока, анод светоуправляемого элемента оптопары через первый резистор подключен к аноду электронного ключа и первому выходу устройства, а его катод - к управляющему электроду электронного ключа, катод которого подключен к второму выходу устройства.