Brevet FR2154735A1 — publié le 19730511

La présente invention concerne les tubes d'affichage et en particulier un tel tube à bobine perfectionné de déviation magnétique de faisceaux d'électrons à de grandes vitesses d'inscription et avec une très grande précision. I1 est nécessaire, pour certaines conditions d'affichage, que le temps nécessaire à une bobine de déviation de tube à rayons cathodiques soit inférieur à 1,5 microseconde pour passer d'un'flux positif maximal à un flux résiduel, au repos, égal à 0,05% du flux maximal ou d'un flux maximal négatif à un flux résiduel, au repos, de 0,05% du flux maximal. On a constaté expérimentalement que les bobines de déviation classiques à noyau feuilleté ont des constantes de temps magnétique supérieures à une microseconde et ne peuvent en général revenir au repos en moins de 6 à 8 ps, même avec des techniques de correction spéciales. Toutefois, les noyaux en matières ferromagnétiques, telles que les ferrites, n'ont pas des constantes de temps aussi élevées.Cependant, les meilleures bobines de déviation connues dans le commerce, du type à noyau de ferrite, satisfont aux conditions de grande vitesse dans un environnement idéal, mais il s'en faut de plus de 308 qu'elles satisfassent à la condition concernant le flux résiduel de 0,05% du maximum par ailleurs, elles ne peuvent amortir les fréquences de résonance multiples et ne peuvent satisfaire à la condition de grande vitesse quand elles sont placées dans un environnement de travail. Par exemple, cet environnement de travail peut être réalisé quand la bobine est placée sur le col d'un tube à rayons cathodiques (TRC) et qu'un blindage magnétique est placé sur l'ensemble de la bobine et du TRC.Les meilleures bobines de déviation connues sur le marché, à noyau feuilleté en ferronickel, amortissent les fréquences de résonance multiples et satisfont tout juste à la condition de flux résiduel, mais ces bobines de déviation à noyau de ferronickel ont une constante de temps au moins 10 fois trop grande. Un perfectionnement sensible à la technique antérieure consisterait en la mise au point d'une bobine de déviation magnétique satisfaisant aux conditions de grande vitesse, de faible aimantation rémanente, de grande précision et d'impédance caractéristique uniforme dans une large bande de fréquences. Le tube à rayons cathodiques et la bobine de déviation ma gnétique selon l'invention comprennent un noyau de ferrite à plusieurs dents partant de sa surface intérieure et autour desquelles sont placés les enroulements. Pour régler les flux résiduels de manière à produire une grande précision de déviation, les rayons de toutes les arêtes des dents sont bien définis en fonction de l'intensité du flux magnétique dans le tube. Pour atteindre une très grande vitesse d'inscription, des enroulements toroïdaux sur ferrite ou des blindages d'extrémité abaissent la réluctance, créent un trajet à faible perte pour les courants de Foucault produits par le flux de dispersion qui risque d'engendrer des courants de Foucault dans les matériaux conducteurs placés près de la bobine de déviation.Pour régler l'impédance de ladite bobine dans une gamme de fréquences étendue de manière que les enroulements d'excitation aient les caractéristiques électriques désirées, une résistance est branchée en parallèle sur chacun de ces enroulements, pour réaliser un circuit RLC à l'amortissement critique. La bobine de déviation selon l'invention a un flux résiduel faible, permet une mise en place précise des tracés, a une très grande vitesse d'inscription et les enroulements d'excitation possèdent les caractéristiques électriques désirées. L'invention a donc pour objet un tube à image perfectionné, qui comporte une bobine de déviation à grande vitesse d'inscription, qui trace uniformément des symboles de position quelconque avec une grande précision, comprenant une bobine de déviation à grande vitesse d'inscription, très précise, qui agit sur le flux magnétique de manière à avoir une constante de temps relativement courte et qui, du fait qu'elle comporte des noyaux de ferrite, a un flux magnétique résiduel relativement faible, son impédance étant sensiblement constante en fonction de la fréquence. L'invention sera décrite plus en détail en regard des des sins annexés à titre d'exemples nullements limitatifs, dont les mêmes numeros de référence indiquent des pièces identiques ou correspondantes, et sur lesquels : la figure 1 représente schématique un tube à rayons cathodiques et une bobine de déviation magnétique selon l'invention;; la figure 2 représente schématiquement en perspective la bobine de déviation magnétique selon l'invention la figure 3 représente schématiquement en perspective éclatée la bobine de déviation magnétique selon l'invention la figure 4 représente schématiquement une partie du noyau ferromagneticlue, afin de mieux montrer l'arrondissage des arêtes de ses dents la figure 9 est une courbe simplifiée représentant l'impe- dance en fonction de la fréquence afin d'expliquer la nécessité d'un amortissement critique des enroulements selon l'invention; la figure 6 représente schématiquement le noyau de la figure 2 développé sur un plan afin de montrer le montage ensérie de ses enroulements ;; la figure 7 représente schématiquement un circuit équivalent destiné à illustrer le réglage des enroulements de la figure 6 branchés en série dans le but de réaliser l'amortissement critique selon l'invention ; et la figure 8 représente un circuit équivalent aux enroulements de la figure 6 branchés en parallèle selon l'invention. La figure 1 représente un ensemble d'affichage comprenant une bobine de déviation 10 qui est montée sur un tube à rayons cathodiques 12 autour de son col 14,à proximité de la partie renflée, ou ampoule, 16 afin de commander la position de faisceaux électroniques tels que 24 projetés sur un écran ou surface image 18. Un blindage de TRC 20 entoure le col 14 et la partie renflée 12 pour protéger le faisceau d'électrons de l'action des champs extérieurs. Comme cela est bien connu des spécialistes, un canon à électrons approprié 22 émet un flux ou faisceau d'électrons 24 qui est dévié par la bobine 10 par des tensions fournies par une source de commande 23 pour tracer des symboles et representer d'autres informations, par exemple des informations statistiques sur l'écran 18. La bobine de déviation 10 comporte un noyau 26 en matériau ferromagnétique, par exemple un ferrite, un blindage d'extrémité 28 à une première extrémité1 qui peut être en forme de cuvette et un blindage d'extrerilité 3G a seconde extréiié et qui se trouve à pro ximité de la partie renflée 16 et peut être en forme d'anneau. Les b'nda(es d'extrémité 28 et 30 abaissent la réluctance et créent un trajet à faibles pertes pour les courants de Foucault engendrés par le flux de dispersion représenté par les lignes 32 et 34, si bien que ces lignes de force du flux provenant des enroulements de la bobine 10 ne passent pas par les pièces adjacentes telles que le blindage 20 du TRC et ne diminuent pas la vitesse d'inscription. Les blindages 28 et 30 sont disposés de manière à empêcher la quasi-totalité du flux de dispersion de passer par les pièces voisines tout en n'agissant pas, étant donné les ouvertures au centre desdits blindages, sur les lignes de force intérieures telles que 33 et 35 qui ne passent pas par le blindage 20. On voit sur la figure 2, qui représente en perspective la bobine de déviation 10 magnétique selon l'invention, que celleci comporte un noyau en ferrite 26 de forme extérieure cylindrique à dents allongées intérieures telles que 38 et 40 et à encoches pour enroulements, telles que 42, placées entre ces dents. Des bobines telles que 44 et 45 sont enroulées dans les encoches pour provoquer des déviations respectivement suivant les axes XX' et YY'. Des résistances telles que 25 sont incorporées selon l'invention et sont placées près des enroulements, comme représenté. Le blindage d'extrémité 28 de la bobine de déviation, dont une partie seulement est représentée pour plus de clarté, est placé contre la partie supérieure du noyau 26 pénétrant dans l'ouverture 41set et ce blindage d'extrémité 28 a la forme d'une cuvette.Le blindage 30 en forme d'anneau et qui est placé autour du bord du noyau 26, de manière à ne pas venir en contact avec la partie renflée 16 du tube est placé à l'autre extrémite du noyau 26 (figure 1). Des conducteurs 37, 39, 46 et 49 appropriés sortent par un trou ménagé dans le blindage 28. L'ensemble de la figure 2 peut être imprégné par un produit de remplissage convenable, non représenté, ou noyé dans ce produit. On voit sur la figure 3 qui représente les différentes pièces d'une bobine de déviation, séparées pour plus de clarté, qu'une ouverture 73 peut être ménagée dans le blindage 28 pour y faire passer les conducteurs 46 et 49. Ces blindages 28 et 30 sont tous deux en'une matière à haute perméabilité et faibleslpertes par courants de Foucault, par exemple un ferrite, qui peut être semblable à celui du noyau 26. Les bobines de déviation suivant les axes XX' et YY', respectivement 44 et 45, sont représentées chacune avec huit enroulements. Le noyau de ferrite 26 est décrit plus en détail en regard de la figure 4 qui représente un agrandissement d'une partie de ses dents. Pour réduire l'aimantation résiduelle à une valeur acceptable, tous les rayons des arêtes des dents, par exemple 38 et 40, du noyau de ferrite sont ajustés à une valeur prédéterminée.Le rayon d'une arête telle que 53 ou 55 est fonction de l'induction maximale dans le col du tube à l'emplacement de la bobine et est déterminé indirectement par les dimensions du TRC, la tension du blindage du TRC et l'angle de déviation maximal du TRC. I1 a été établi que, en conformité avec l'invention, on peut abaisser le taux d'aimantation rémanente à 0,05% par meulage et ajustage de toutes les aretes associées aux dents du noyau de ferrite pour amener le rayon des arêtes, telles que 53, à -la valeur nécessaire, -ui est déterminée expérimentalement en se basant sur la courbe B-H, ou sur le flux magnétique résiduel, en fonction du champ coercitif ou la courbe d'hystérésis magnétique.L'induction magnétique sur les aretes telles que 53 peut être cinq fois plus grande qu'au voisinage d'une surface plane telle que 51, ce qui conduit à un cycle d'hystérésis pour lequel l'induction magnétique résiduelle est nettement plus grande que partout ailleurs. Par exemple, un symbole ou un point à position commandée peut être amené sur l'écran près du centre de celui-ci et, ensuite, le faisceau peut être dévié à l'extrême droite de l'écran en portant le flux magnétique au maximum. Ce faisceau est ensuite dévié en direction de l'extrême gauche en portant à nouveau le champ magnétique au maximum,mais cette fois avec une déviation vers l'extrême gauche, opération suivie d'un tracé du même symbole avec les tensions de commande utilisées antérieurement.La distance entre ces deux symboles est ensuite mesurée sur l'écran et cette distance est une fonction linéaire dc l'induction magnétique résiduelle quand le symbole est tracé avec des champs successivement positif et négatif par rapport au zéro de référence admis. Les principes de l'invention comprennent l'arrondissage des arêtes de toutes les dents telles que 53 et 55, ainsi que l'arrondissage de la totalité de la surface intérieure de toutes les dents, si cela est imposé par le magnétisme rémanent, ou mémoire, du noyau. L'amortissement des enroulements selon l'invention est décrit ci-après en détail en référence à la figure 5. On a observé que les noyaux de ferrite donnent lieu à un amortissement 10 à 100 fois moins grand des circuits électriques de la bobine que, par exemple, les noyaux feuilletés en ferronickel. Par conséquent, le circuit électrique équivalent des enroulements ne peut plus être considéré comme un simple circuit RLC parallèle. Une courbe 60 représente l'impédance en fonction de la fréquence pour un noyau en ferrite, sans incorporer les résistances d'amortissement selon l'invention. On notera que l'impédance maximale sur la courbe 60 est relativement grande et a pour origine une résonance ou une quasi-résonance et qu'aux fréquences plus élevées,d'autres fluctuations naturelles apparaissent et conduisent à des caractéristiques d'excitation désavantageuses de l'enroulement. La courbe 62 représente l'impédance en fonction de la fréquence quand une résistance, en conformité avec l'invention, est branchée en parallèle sur chaque enroulement individuel pour que l'amortissement du circuit RLC soit l'amortissement critique - qu'il s'agisse d'enroulements branchés en série ou en parallèle. La figure 6, qui représente le noyau developpé sur un plan horizontal pour faciliter la compréhension, représente en même temps le seul ensemble 44 des enroulements dudit noyau provoquant la déviation suivant l'axe XX', ou enroulement XX'. Toutes les dents du noyau telles que 38 et 40 portent un numéro de 1 à 16 et il va de soi que les dents NO 4 et 12 du noyau sont paralleles à l'axe de déviation qui peutêtre l'axe XX' pour l'enroulement de la figure 6. Les dents 8 et 16 ne sont pas associées aux enroulements XX' mais aux enroulements YY'. Les autres enroulements, ou enroulements YY', ont des dents décalées effectivement de 900, si bien que les dents 8 et 16 sont au centre des deux portions d'enroulement qui provoquent la déviation magnétique suivant YY'. La première partie 66 de l'ensemble des enroulements XX' 44 comprend des bobines 70, 72, 74 et 76 comportant respectivement 4, 4, 2 et 1 spires. La portion 68 des enroulements XX', c'est-à-dire le côté opposé de la bobine de déviation, comprend des enroulements 80, 82, 84 et 86 avec respectivement 4, 4, 2 et 1 spires. L'enroulement représenté sur la figure 6 est en fait constitué par un ensemble d'enroulements en série.Pour des enroulements en parallèle, les conducteurs 46 et un conducteur 87 de la figure 6 sont con nectés de aigre à former un seul conducteur extérieur, et le conducteur 49 et un conducteur 85 sont connectés de manière à réaliser le second conducteur extérieur avec un conducteur 89 débranché. En référence à la figure 7, les enroulements 70, 72, 74, 76, 80, 82, 84 et 86 forment respectivement les inductances L1 à L4 et L1' à L4', chacune ayant respectivement une capacité répartie C1 à C4 et Cl' à C4' en parallèle, représentée en pointillé. Selon l'invention, les résistances R1 à R4 , et R 1t à R sont 4! choisies pour réaliser l'amortissement critique ou bien on choisit des valeurs supérieures dans certains ensembles selon l'invention, par exemple pour obtenir des valeurs du coefficient Q de surtension légèrement supérieures à 0,5. On notera que les principes de l'invention comprennent le choix des ré sistances pour un amortissement critique ou tout autre taux d'amortissement choisi, ainsi que pour un amortissement surcritique, cette condition étant conforme aux principes de l'invention, à savoir que la courbe d'impédance en fonction de la fréquence doit être régularisée.Egalement selon l'invention, seuls certains des enroulements séparés - et non tous - doivent être amortis, ceux non amortis ne comportant pas - par exemple de résistance en parallèle, ce qui peut être le cas des enroulements comportant un petit nombre de spires ou dont l'inductance est faible. Ces résistances sont ensuite branchées en parallèle sur les spires des enroulements comme l'indique la figure 6 et placées de la manière représentée pour la résistance 25 de la figure 2. Si l'amortissement de chaque enroulement sépare est l'amortissement critique, en conformité avec l'invention, on obtient la courbe 62 de la figure 5, qui represente une caractéristique d'impédance très avantageuse en fonction de la fréquence.Une capacité répartie 90 existe aussi en parallèle sur les enroulements à cause de la capacité entre les conducteurs de la bobine, ainsi qu'une inductance 92 en série ayant pour origine l'inductance des-conducteurs de ladite bobine. Par conséquent, on ajuste l'impédance de la bobine de déviation en fonction de la fréquence de manière que le circuit électriquement equivalent à ladite bobine ait un taux d'amortissement convenable avec une augmentation minimale du coefficient de déviation ; les résistances sont calculées pour que l'amortissement de chaque enroulement séparé soit l'amortissement critique, en conformité avec l'invention. La figure 8 représente le circuit équivalent à des enroulements branchés en parallèle qui sont destinés, par exemple, à permettre l'incorporation d'un nombre de spires suffisant pour répartir les spires quand l'enroulement doit avoir une faible inductance.Chacun des enroulements tels que 70a et 80a correspond à des enroulements tels que 70 et 80, sans indice, de la figure 6. Chacune des résistances telles que R11 et R11, correspond à des résistances telles que R1 et R1, de la figure 6. En ce qui concerne les enroulements en parallèle, chaque groupe d'enroulements L11 à L14 doit être branché en parallèle sur l'autre groupe d'enroulements L11,à L14,. I1 va de soi que les principes de l'invention sont également applicables au type de circuit équivalent représenté sur la figure 8 et que, pour des bobines de déviation à enroulements branchées en parallèle, chaque résistance est choisie pour chaque enroulement séparé ae manière que son amortissement soit égal à l'amortissement critique de façon semblable à celle décrite à propos de la figure 7. On a décrit ci-dessus une bobine de déviation perfectionnée à grande vitesse d'inscription dans laquelle le trajet du flux magnétique est ajusté de manière à réduire considérablement les pertes par courants de Foucault en particulier quand ladite bobine est très voisine de pièces extérieures telles qu'un. blindage. Cette réalisation d'un trajet convenable ajusté pour empêcher que le flux de fuite indésirable forme un angle supérieur à une valeur prédéterminée avec l'axe longitudinal de la bobine de déviation conduit à une faible constante de temps et à une grande vitesse d'insCription. Pour réduire les phénomènes d'hystérésis ou de rémanence et déterminer avec précision la position du spot de manière que des signes de po sitionskhoisies au hasard puissent être uniformément placés en un point particulier, chaque dent dyhoyau de ferrite de la bobine est ajustée de manière que ses arêtes aient un rayon prédéterminé, choisi à volonté. Pour que ladite bobine de déviation ait une caractéristique d'impédance avantageuse susceptible d'augmenter la vitesse d'inscription, une résistance est branchée en parallèle sur chaque enroulement pour que l'amortissement du circuit RLC ainsi formé soit l'amortissement critique. Par conséquent, l'ensemble d'affichage selon l'invention fonctionne avec une grande vitesse d'inscription et est très précis. I1 va de soi que la présente invention n'a été décrite qu'à titre explicatif mais nullement limitatif et que l'on pourra y apporter toutes modifications de détail sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1.- Tube d'affichage à rayons cathodiques à déviation ma gnétique, comportant un col et une arnpoule entourés d'un blindage, ainsi qu'un noyau en matériau ferromagnétique de forme extérieure cylindrique, qui est placé autour dudit col et à l'intérieur dudit blindage de manière que leurs axes colncident, caractérisé en ce que ledit noyau comporte un grand nombre dè dents partant de sa surface intérieure, des premier et second ensembles d'enroulements, comportant chacun plusieurs enroulements, étant placés autour desdites bobines pour engendrer des champs magnétiques suivant une première et une seconde directions, plusieurs résistances étant branchées en parallèle chacune aux bornes de l'un desdits enroulements pour produire, par la capacite répartie résultante, une caractéristique d'amortissement prédéterminée, les blindages d'extrémité, comportant des trous centraux, étant placés autour des extrémités dudit noyau, lesdits blindages d'extrémité étant en un matériau magnétique de haute perméabilité. 2.- Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que les résistances sont choisies de manière à réaliser un circuit à amortissement critique. 3.- Tube selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les blindages d'extrémité ont des configurations choisies de manière à empêcher presque complètement le flux de dispersion de traverser lesdits trous centraux dans des directions telles qu'ils coupent lesdits blindages du tube. 4.- Tube selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites dents ont des arêtes parallèles à l'axe dudit tube avec un rayon de courbure fonction de l'induction magnétique dans ledit noyau.