Beispiel aus dem Monitor-Handbuch

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3. Theorie und Grundschaltungen von Zeilenendstufen

Die Zeilenendstufe ist die fehleranfälligste Baugruppe eines Monitors. Dies liegt nicht zuletzt daran, da hier der mit Abstand größte Leistungsumsatz stattfindet. Obwohl das Netzteil die Zeilenendstufe versorgt, setzt es wesentlich geringere Leistungen um als diese. Dies liegt an dem sehr hohen Blindleistungsumsatz in der Zeilenendstufe. Geht man z.B. von einem Rücklaufkondensator mit einer Kapazität von 5 nF aus, der bei einer Zeilen-frequenz von 80 kHz 80000 mal pro Sekunde auf 1200V aufgeladen und wieder vollständig entladen wird, bedeutet dies 160000 mal pro Sekunde eine Energie von W= CU^2 =0.0036 Ws. Dies entspricht einem Leistungsumsatz von P = 2xf x W = 576 Watt. Diese hohe Blindleistung führt zu einer besonders hohen Belastung der betroffenen Bauteile. Bei den Schaltungsvarianten der Zeilenendstufen mu man zwischen folgenden grund- legenden Ausführungen unterscheiden:

3.1 Die ungeregelte Festfrequenz-Zeilenendstufe mit Hochspannungserzeugung

Diese einfachste Ausführung, die auch schon aus der Fernsehtechnik bekannt ist, wurde vorwiegend in Spezialmonitoren, Herkules-,EGA-, CGA- und Standard-VGA-Monitoren eingesetzt. In neueren Computermonitoren ist sie nicht mehr zu finden, da diese Geräte Zeilenfrequenzen von 30 bis mindestens 60kHz verarbeiten müssen.

Da aber alle Techniken auf diese ursprüngliche Schaltung aufbauen, möchte ich sie ausführlich erklären. Zunächst möchte ich auf die grundsätzliche Problematik einer

Zeilenablenkung eingehen. Der Elektronenstrahl soll gleichmäig von links nach rechts abgelenkt werden, um dann möglichst schnell wieder nach links zu gelangen. Bei einer magnetischen Ablenkung bedeutet dies ein sägezahnförmiges Magnetfeld, was einem sägezahnförmigen Strom durch die Ablenkspulen entspricht.

Dieser Strom wäre relativ einfach zu erzeugen, wenn es sich um einen langsamen Vorgang handeln würde. Da die Zeilenablenkung jedoch mit sehr hoher Geschwindigkeit erfolgen mu, werden in den Ablenkspulen, vor allem während des Zeilenrücklaufes, sehr hohe Spannungen induziert. Dieses Problem habe ich bereits bei den Schaltnetzteilen näher erläutert. Um die Spannung an der Ablenkspulen für Halbleiter verarbeitbar zu halten, wird das Spulenpaar der horizontalen Ablenkeinheit parallel geschaltet und mit relativ wenigen Windungen bei großem Drahtquerschnitt ausgeführt. Diese Maßnahme führt natürlich zu einem sehr hohen Ablenkstrom, der von einer hochbelasteten Leistungselektronik erzeugt werden mu. Im folgenden Diagramm ist der Zusammengang zwischen Ablenkstrom und der zu dessen Erzeugung erforderlichen Spannung dargestellt.

Leider ist in der Praxis die Auslenkung des Elektronenstrahles nicht genau proportional zum Ablenkstrom. Vielmehr reagiert die Ablenkung zum Bildschirmrand hin empfindlicher auf Änderungen des Ablenkstromes. Dies kann zum Einen an Inhomogenitäten des Magnetfeldes der Ablenkspulen liegen, deren Feldstärke in der Nähe der Spulendrähte stärker ist, als in der Mitte des Spulenpaares. Zum Anderen führen abgeflachte Bildschirme dazu, da der Elektronenstrahl in der Bildschirmmitte einen kürzeren Weg von Elektronen-kanone bis zur Leuchtschicht zurückzulegen hat, als am Bildschirmrand. Die Verlängerung des Elektronenstrahles am Bildschirmrand führt aus geometrischen Gründen bei gleicher Änderung des Ablenkwinkels in der Bildmitte und am Bildrand natürlich auch zu einer Vergrößerung der Strahlauslenkung am Bildschirmrand. Aus diesen Gründen muß die Strahlauslenkung zum Bildschirmrand hin verlangsamt werden. Zur Erzeugung der dafür nötigen Spannung dient der Hinlaufschwingkreis. Anstatt einer konstanten Spannung, wird an die Ablenkspule während des Zeilenhinlaufes ein kleiner Ausschnitt einer Sinuswelle angelegt. Die Erzeugung der Spannung für den Strahlrücklauf übernimmt der Rücklaufschwingkreis, der für eine halbe Periode mit seiner Resonanzfrequenz schwingt, bevor der Hinlaufschwingkreis wieder aktiv wird. Die Form der Rücklaufspannung spielt dabei keine Rolle. Wichtig ist nur die Höhe dieser Spannung, da sie die Rücklaufgeschwindigkeit bestimmt.

So kann man sich den realen Verlauf von Ablenkspannung und Strom vorstellen

In dem Diagramm erkennt man, da die Ablenkspannung am Anfang und am Ende des Zeilenhinlaufes verringert ist, wodurch sich des Anstieg des Ablenk-stromes in diesen Bereichen verlangsamt. Die Grundlegende Schaltung zur Erzeugung einer geeigneten Ablenkspannung findet man praktisch in allen Monitoren. Allerdings wird die Hochspannung zunehmend von der Zeilenablenkung getrennt erzeugt.

Im Grundschaltbild sind die Leitungen fett gedruckt, in denen der Hauptstromanteil fließt. Von dem Zeilentrafo sind nur die beiden wichtigsten Wicklungen, die Primärspule W1 und die Hochspannungsspule W2 eingezeichnet.

Bei einer Zeilenendstufe handelt es sich um einen Schwingkreis, der periodisch zwischen zwei Schwingfrequenzen umgeschaltet wird. Die Schwingfrequenzen werden in erster Linie von der Induktivität der Ablenkeinheit und der Kapazität des Hinlaufkondensators CH ( wird auch als Tangenskondensator bezeichnet ) und des Rücklaufkondensators CR bestimmt. Die Induktivität der Primärspule des Zeilentrafos ist dabei nur zweitrangig, da sie wesentlich gröer ist, als diejenige der Ablenkspule.

Die Primärspule dient lediglich zum einkoppeln der Betriebsspannung Ub in den Zeilenkreis, um die durch Wärmeverluste verlorengegangene Energie wieder zuzuführen. In W1 fliet daher auch ein wesentlich geringerer Strom, als im Ablenkkreis. W1 lädt zunächst die Kondensatoren CR und CH auf Ub auf. Beim erstmaligen Einschalten des Zeilenendtransistors wird CR entladen und seine Energie geht verloren.

Der mit der Betriebsspannung aufgeladene Hinlaufkondensator CH liegt nun parallel zu den Ablenkspulen und bildet mit diesen den Hinlaufschwingkreis. Da dessen Schwingfrequenz wesentlich niedriger als die Zeilenfrequenz ist, wird nur ein kleiner Bruchteil einer Sinusschwingung ausgeführt, bevor der Transistor wieder sperrt und der Strom durch den Rücklaufkondensator CR weiterfließen muß. Da CR wesentlich kleiner als CH ist,bestimmt nun CR und die Ablenkspulen die Schwingfrequenz des Rücklaufschwingkreises, die wesentlich höher als die Zeilenfrequenz ist.

Der Rücklaufschwingkreis führt eine halbe Schwingungsperiode aus, bevor die Spannung am Zeilenendtransistor ihr Vorzeichen ändert. In diesem Moment sollte der Transistor wieder einschalten, um den Hinlaufschwingkreis wieder zu aktivieren.

Dies lät sich am einfachsten mit der Inversdiode D realisieren, die in diesem Moment den vollen Ablenkstrom übernimmt. Dies hat die Vorteile, da der Einschaltzeitpunkt des Transistors irgendwo in der ersten Hälfte des Zeilenhinlaufes liegen darf, was die Ansteuerung wesentlich vereinfacht und da der für bipolaren Transistoren problematische Inversstrom vermieden wird. Die eigentliche Funktion des Transistors beginnt erst in der zweiten Hälfte des Zeilenhinlaufes, wo sich die Stromrichtung umkehrt und der Transistor den vollen Ablenkstrom übernehmen muß. Ein Problem ist der beim Einschalten des Zeilenendtransistors entstehende Spannungssprung der Kollektorspannung.

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