CN101119434A - 控制阴极射线管的电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种控制阴极射线管的电路及方法，该电路包括输出放大器、控制信号发生器电路、控制放大器以及可控限制元件。该输出放大器包括一连接至参考信号的参考信号输入端，连接至色彩信号输入源的色彩信号输入端，一用于产生色彩输出信号的色彩信号输出端，该色彩信号输出端连接至阴极射线管的电子枪；该控制信号发生器电路用于从参考信号中产生一控制信号；该控制放大器的输入端接收控制信号，输出端产生一放大后的控制信号；该可控限制元件连接至该控制放大器的输出端，将色彩输入信号限制至一由该放大后的控制信号决定的可变阈值。本发明的技术方案能够抑止阴极射线管输出放大器的饱和，有效消除拖影。

Description

控制阴极射线管的电路及方法

【技术领域】

本发明涉及一种控制阴极射线管的电路及方法，特别是一种抑止阴极射线管输出放大器饱和的电路及方法。

【背景技术】

在电视中，会有在CRT(Cathode-Ray Tube，阴极射线管)或显像管的显示屏上显示高对比度图像的需要。对比度是显示器所能达到的峰值白亮度与峰值黑亮度之间的比值。因此，峰值白亮度是达到这一目的的图像再生的重要质量指标，对于这一应用，峰值白亮度这个参数值必须要高，以在电视画面中实现高对比度。在实践中，峰值白亮度主要由两个因素决定：一是驱动显像管RGB的放大器其RGB输出级的控制范围或饱和限制；二是显像管的最大允许驱动。通常，显像管的发光会被保持为偏暗以使暗色画面能够更好的显示。因此，显像管的电驱动，即控制显像管RGB信号的放大必须较高以达到某一峰值白亮度来实现最大可能的画面亮度。

然而，高驱动往往会导致CRT输出放大器输出级的饱和。如果视频输出级的放大器达到饱和限制，相应颜色在显示屏上会出现所谓的拖影。由于红色荧光粉的效率非常低，则红色驱动的需求最高。因此，前述的拖影主要出现在红色上。换言之，由于红色荧光粉的感光性最低，则电子枪就需要最高的驱动使显像管产生红色。故驱动放大器输出级的饱和通常被称为红色拖影。

美国专利第6703802号中提出了一种如图1所示的电路来解决上述问题。该电路1包括运算放大器2、齐纳二极管8、二极管9以及电阻Re3、Rg4、Rf5、6、7。电路1还被提供一电压源10的偏置电压Ub。放大器2的反相输入端连接至电阻Re3、Rg4和Rf5的一端。电阻Re3的另一端连接至色彩输入信号Uin(R)的输入端，电阻Rf5的另一端接地，电阻Rg4的另一端连接至输出端12。输出端11连接至二极管9的阳极，二极管9的阴极产生限制电压Vl，并连接至电阻6和7的一端。电阻7的另一端连接至电压源10的偏置电压Ub，电阻6的另一端连接至齐纳二极管8的阴极，该二极管8的阴极同时连接至放大器2的同相输入端。

图1中所示的电路1在其输入端11处接收色彩输入信号Uin(R)。放大器2产生色彩输出信号Uout(R)，将其提供至输出端12。反馈电阻Rg4同时连接至放大器2的反相输入端及输出端12以构成一闭环回路。放大器2的正相输入端输入一参考电压，该参考电压由电压源10的第一偏置电压Ub，电阻6、7以及齐纳二极管8之间的一系列连接所提供并进行稳压。电阻6和7之间的分压与电压源10的第一偏置电压Ub成一定比例。同时，电压源10还用于产生二极管9的偏置电压Ul。电阻6和7选择为使二极管9被电压Ul反向偏置。从而输入信号Uin(R)的最大幅值被限制至一阈值电压，其大小为两电阻6、7间的电压与二极管9的导通电压之和。

图1中所示的电路将CRT放大器1的最大输入保持在一特定值之下。但是由于放大器2的直流增益通常比其交流增益的两倍还高，因此参考电压Uref与输入信号Uin(R)的限制电压Ul之间的简单连接不能完全补偿参考电压Uref的电压摆动。下述例子说明了该问题。式1所示为驱动处输出Uout(R)与色彩输入信号Uin(R)间的关系：

$\mathrm{Uout}\left(R\right)=-\frac{\mathrm{Rg}}{\mathrm{Re}}\mathrm{Uin}\left(R\right)+(\frac{\mathrm{Rg}}{\mathrm{Re}}+\frac{\mathrm{Rg}}{\mathrm{Rf}}+1)\mathrm{Uref}$ 式1

根据式1，当输入Uin(R)为其最大值Uin(R)_max时，输出Uout(R)为最小特征值Uout(R)_min。当输出Uin(R)超过Uin(R)_max时，CRT放大器1开始饱和。因此，为使CRT放大器1的动态范围最大化，需要使实际最小输出尽可能接近最小输出特征值Uout(R)_min。换言之，如果实际最小输出高于最小输出特征值Uout(R)_min，则CRT放大器1的动态范围会相应减小。

在实践中，由于噪声的存在，偏置电压Ub会有一定程度的偏移。如图1所示，偏置电压Ub的偏移通过电阻6、7及二极管9直接与参考电压Uref的偏移和输入电压Uin(R)相连。因此，在电压源10的偏置电压Ub提供一个比额定电压更高的电压时，参考电压Uref与电压Ul会同时增大。如式1所示，参考电压Uref的偏离会对输出电压Uout(R)造成很大影响。特别是当参考电压Uref的偏离出现时，实际最小输出会增大。从而造成超过最小特征输出的压降降低，使可能的驱动范围减小，在接下来的例子中会对其进行进一步解释。

在此例中采用以下各值：Ub＝12V，Re＝3.3kΩ，Rf＝3.3kΩ，Rg＝120kΩ。电阻6和7的值被选择为使参考电压Uref的值为3V。在式1中，表达式

表示交流增益，下面表示为G_AC。交流增益与输入信号Uin(R)相乘以得出CRT放大器1的电压摆动值。代入上述各值，G_AC为 $-\frac{120\mathrm{k\Ω}}{3.3\mathrm{k\Ω}}=-36.4.$ 另一方面，

表示直流增益，下面表示为G_DC。G_DC与输入信号Uin(R)相乘以得出CRT放大器1的输出直流偏移。在本例中，代入上述各值，G_DC比G_AC的两倍还大，即 $\frac{120\mathrm{k\Ω}}{3.3\mathrm{k\Ω}}+\frac{120\mathrm{k\Ω}}{3.3\mathrm{k\Ω}}+1=73.7.$

参考电压Uref的偏移范围为73.7的直流增益G_DC放大，但限制电压的补偿偏移范围是被为36.4的直流增益G_AC因数放大。因此，当限制电压Ul如图3中所示一样自参考电压Uref中产生时，输出电压Uout(R)的偏移变为73.7(G_DC)×100mV-36.4(G_AC)×100mV＝3.73V。这就是当在参考电压Uref处存在+100mV的偏移时，图1中输出电压Uout(R)的偏移量。虽然该值较小，但对于现有高视频工作电压的电视应用来说，其并未小到适用于具有相应高驱动范围的CRT放大器。因此，参考电压Uref与输入信号Uin(R)的限制电压Ul间的简单连接不能完全补偿参考电压Uref的电压偏移。

对于将来具有更高带宽需求的电视系统而言，工作电压可能需要进一步减小。同样，在这样的系统中，CRT放大器限制电压的偏差也必须进一步减小。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题在于提供一种控制阴极射线管的电路及方法，特别是一种抑止阴极射线管输出放大器饱和的电路及方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种控制阴极射线管的电路及方法，该电路包括输出放大器、控制信号发生器电路、控制放大器以及可控限制元件。该输出放大器包括一连接至参考信号的参考信号输入端，连接至色彩信号输入源的色彩信号输入端，一用于产生色彩输出信号的色彩信号输出端，该色彩信号输出端连接至阴极射线管的电子枪；该控制信号发生器电路用于从参考信号中产生一控制信号；该控制放大器的输入端接收控制信号，输出端产生一放大后的控制信号；该可控限制元件连接至该控制放大器的输出端，将色彩输入信号限制至一由该放大后的控制信号决定的可变阈值。

本发明的技术方案能够抑止阴极射线管输出放大器的饱和，有效消除拖影。

【附图说明】

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步说明。

图1为现有阴极射线管控制电路的电路图。

图2为本发明阴极射线管控制电路的电路图。

图3为本发明包括控制放大器具体构造的电路图。

图4为采用了多个本发明电路的电视的结构框图。

【具体实施方式】

请参阅图2，为本发明放大器电路的电路图。为简便起见，图中仅示出红基色电路部分，其余两种颜色的电路与此类似。

其中，电路20包括运算(差分)放大器21、齐纳二极管28、二极管29以及电阻Re22、Rg23、Rf24、25、26。二极管28与29可以通过三极管等适当的不可逆元件进行替换。电路20同时还被提供控制放大器40及电压源31的偏置电压Ub。输入信号Uin(R)通过分压电阻Re22和Rf24连接至放大器21的反相输入端，输出信号Uout(R)通过反馈电阻Rg23反向连接至放大器21的反相输入端。齐纳二极管28连接至放大器21的正相输入端，并同时连接至电阻25。电阻25与电阻26串联连接至电压源31的正极以提供偏置。控制放大器40的输入连接至电阻25和26之间的节点，控制放大器40的输出连接至二极管29的阴极。

图2中所示的电路20在其输入端30处接收色彩输入信号Uin(R)。放大器21产生色彩输出信号Uout(R)，将其提供至输出端27。放大器21的正相输入端参考电压Uref，该参考电压由第一电压源31、电阻25、26以及齐纳二极管28之间的一系列连接所提供并进行稳压。控制放大器40的增益G_CA与电阻R5、R6选择为使二极管29反向偏置。

在上述电路中，输出信号Uin(R)的最大振幅被限制至一阈值电压，其大小为限制电压Ul，即放大后的偏置电压与二极管29导通电压之和。在电压源31提供一个比额定电压更高的电压时，参考电压Uref与限制电压Ul会同时增大。控制放大器40预设的增益G_CA将限制电压Ul的变化调整至与参考电压Uref的变化几乎相同。由于参考电压Uref的变化，将会完全补偿输出电压Uout(R)的偏差。

请参阅图3，为本发明的另一实施例。其中，控制放大器40包括第一三极管41与第二三极管42。三极管41与42以热耦合为佳。第二三极管42的基极连接至第一三极管41的集电极，第一三极管41的基极连接至电阻25、26，电阻25的另一端连接至齐纳二极管28，电阻25的另一端连接至偏置电压源31。第二三极管42的集电极产生输入限制电压Ul，该输入限制电压Ul通过二极管29连接至色彩输入信号源Uin(R)。电压源31同时还用于对分别连接至电阻43、44与45、46的两个三极管41和42进行偏置。

在以下说明中，取值为：Ub＝12V，Re＝3.3kΩ，Rf＝3.3kΩ，Rg＝120kΩ。参考电压Uref由齐纳二极管28、电阻25及直流电压源Ub产生。电阻25和26的值被选择为使Uref为3V。最后，控制放大器40的增益G_CA为2。

在图3中所示的电路中，CRT放大器20的输出摆动不仅由交流增益

与输入信号Uin(R)的乘积决定，而且还决定于控制放大器40的增益G_CA。在本例中，代入前述各值后，G_AC为 $-\frac{120\mathrm{k\Ω}}{3.3\mathrm{k\Ω}}=-36.4,$ 控制放大器40的增益G_CA为2。这样，参考电压Uref的偏离被放大2倍。因此，在参考电压Uref的偏离为+100mV时，参考电压Uref的偏离被放大为+200mV，造成输入限制电压Ul增大。在CRT放大器反相输入端处的电压偏离为+200mV时，输出电压的偏离变为-36.4(G_AC)×200mV＝7.28V。

另一方面，直流增益

与参考电压Uref相乘以得出CRT放大器20的输出直流偏移。在本例中，取前述各值后，G_DC为 $\frac{120\mathrm{k\Ω}}{3.3\mathrm{k\Ω}}+\frac{120\mathrm{k\Ω}}{3.3\mathrm{k\Ω}}+1=73.7.$ 因此，+100mV的参考电压Uref偏移会造成输出电压73.7(G_DC)×100mV-36.4(G_AC)×2(G_CA)×100mV＝0.09V的偏移。这就是当参考电压Uref的偏移为+100mV时，放大器21输出电压的偏移量。该结果近似于完全补偿了参考电压Uref偏移带来的偏差。

图4所示为采用了多个本发明放大器电路的电视的结构框图。其中，CRT放大器51、52、53分别接收电视三基色的输入信号Uin(R)、Uin(G)和Uin(B)。CRT放大器51、52、53的输出信号分别提供至CRT54的电子枪。

Claims (13)

1.一种控制阴极射线管的电路，包括：

输出放大器，其包括一连接至参考信号的参考信号输入端，连接至色彩信号输入源的色彩信号输入端，一用于产生色彩输出信号的色彩信号输出端，所述色彩信号输出端连接至所述阴极射线管的电子枪；

控制信号发生器电路，用于从所述参考信号中产生一控制信号；

可控限制元件，将所述色彩输入信号限制至一可变的阈值；

其特征在于，所述电路还包括一控制放大器，所述控制放大器的输入端接收所述控制信号，所述控制放大器的输出端产生一放大后的控制信号，所述可控限制元件连接至所述控制放大器的输出端，所述可变阈值由所述放大后的控制信号决定。

2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述可控限制元件包括一偏置二极管，所述放大后的控制信号用于使所述二极管反向偏置。

3.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述参考信号与所述控制信号由一单独的电压源产生。

4.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述控制信号发生器包括一分压器。

5.如权利要求4所述的电路，其特征在于，所述分压器产生的电压由一齐纳二极管进行稳压。

6.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述色彩信号输入端通过一反馈电阻连接至所述色彩信号输入端。

7.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述输出放大器为一差分放大器。

8.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述控制放大器包括一第一三极管以及一第二三极管。

9.如权利要求8所述的电路，其特征在于，所述第二三极管的基极连接至第一三极管的集电极，所述第一三极管的基极连接至所述控制信号源，所述第二三极管的集电极通过所述可控限制元件连接至所述色彩输入信号。

10.如权利要求8所述的电路，其特征在于，所述第一与第二三极管为热耦合连接。

11.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述限制元件包括一三极管。

12.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述控制信号发生器包括一三极管。

13.一种控制阴极射线管的方法，所述方法包括以下步骤：

放大色彩输入信号与参考信号间的差值以产生一色彩输出信号；

从所述参考信号中得出一控制信号；

对所述控制信号进行放大；

将所述色彩输入信号限制至一由所述放大后控制信号决定的可变阈值。

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