CS252818B2 - Broad-band driver amplifier for cathode-ray tubes - Google Patents

Description

Vynález se týká širokopásmového budicího zesilovače obrazovky se zdrojem videosignálu připojeném přes vazební článek к budicímu obvodu.

Videosignálové budicí zesilovače s přidruženým obvodem záporné zpětné vazby se často používají pro dodávání videosignálů o vysoké úrovni na elektrody řízení intenzity, například katody, obrazovky v televizním přijímači. Zpětnovazební obvod se zúčastní na vytváření signálového zisku zesilovače a na stabilizaci stejnosměrného pracovního napětí na výstupu zesilovače.

Zpětnovazební obvod také slouží pro zmenšení výstupní impedance zesilovače a tím zlepšuje Šířku pásma zesilovače a vysokofrekvenční kmitočtovou odezvu snížením šířky pásma omezujícího účinku parazitních kapacit sdružených s výstupním obvodem zesilovače. Dalšího zlepšení ve vysokofrekvenční kmitočtové odezvě zesilovače může být dosaženo použitím jedné nebo více korekčních cívek ve výstupním obvodu zesilovače. Ale použití vysokofrekvenčních korekčních cívek ve výstupním obvodu zesilovače se považuje za nežádoucí vzhledem к ceně přídavného obvodu a složitosti plynoucí z použití takových prvků.

U2nává se zde, že vysokofrekvenční kmitočtová odezva budicího zesilovače obrazovky může být ohrožena účinky parazitních kapacit sdružených s výstupním obvodem zesilovače v kombinaci s parazitními kapacitami sdruženými s rezistory obsaženými ve zpětnovazebním obvodu.

Uvedené nevýhody jsou odstraněny u širokopásmového budicího zesilovače obrazovky podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že budicí obvod je tvořen kaskodovým zesilovačem sestávajícím ze dvou tranzistorů, kde kolektor prvního tranzistoru je spojen s emitorem druhého tranzistoru a kolektor druhého tranzistoru je zpětnovazebně připojen přes v sérii zapojené alespoň dva rezistory navzájem odlišných hodnot, přičemž první rezistor, mající větší hodnotu než ostatní rezistory, je připojen ke kolektoru druhého tranzistoru.

U budicího zesilovače obrazovky podle vynálezu je kmitočtová odezva značně zvětšena bez vytváření podstatnějších nežádoucích zákmitů zesíleného výstupního signálu zesilovače.

Příklad provedení širokopásmového budicího zesilovače obrazovky podle vynálezu je zobrazen na výkresech, na nichž znázorňuje obr. 1 část televizního přijímače obsahující budicí zesilovač obrazovky s přidruženým zpětnovazebním odporovoým obvodem, obr. 2 diagram zobrazující kmitočtovou odezvu zesilovače při různých poměrech rezistorů zpětnovazebního obvodu a obr. 3 tvar signálu pro ulehčení porozumění odezvě zesilovače podle vynálezu.

Na obr. 1 se videosignály ze zdroje 10 videosignálu přikládají к budicímu zesilovači obrazovky drahou vstupního signálu zahrnující vstupní vazební článek 12. Budicí zesilovač obrazovky obsahuje kaskodový zesilovač zahrnující první tranzistor 20 a durhý tranzistor 22. První tranzistor 20 jako vstupní zesilovač je v zapojení se společným emitorem a druhý tranzistor 22 jako zesilovač je v zapojení se společnou bází. Na zatěžovací rezistor 24 o hodnotě například 12 к O v kolektorovém výstupním obvodu druhého tranzistoru 22 se vytvářejí zesílené videosignály a tyto se přivádějí ke katodě 30 jako elektrodě řízení intenzity obrazu obraz reprodukující obrazovky 35 po dráze výstupního signálu zahrnující omezovači rezistor 38, například hodnoty 2,2 к O. Omezovači rezistor 38 působí jako ochranné zařízení a chrání budicí zesilovač obrazovky 35 před poškozením vysokonapětovými přechodovými jevy způsobenými jiskřením obrazovky 35.

Pracovní napájecí napětí pro budicí stupeň obrazovky 35 je zajištěno zdrojem В + kladného stejnosměrného napětí, například ve výši +230 V. V případě přijímače pro barevnou televizi přijímače bylo by třeva tří budicích zesilovačů obrazovky 35 pro přikládání videosignálů červeného, zeleného a modrého obrazu na přidružené katody barevné obrazovky 35. Videosignály zesílené prvním tranzistorem 20 a druhým tranzistorem 22 jako budicím obvodem obrazovky 35, odvozené z úplného televizního signálu zahrnující kmitočtové pásmo od 0 Hz do přibližně 4 MHz.

Záporná zpětná vazba pro budicí zesilovač obrazovky 35 je realizována odporovým zpětnovazebním obvodem 50 obsahujícím první rezistor R1 a druhý rezistor R2 zapojené v sérii mezi kolektorem druhého tranzistoru 22 a bází prvního tranzistoru 20. Báze prvního tranzistoru 20 představuje virtuální zem^:í bod, to jest klidový potenciál báze prvního tranzistoru 20 odpovídá poměrně malému pevnému potenciálu rovnému součtu zemního potenciálu na emitoru prvního tranzistioru 20 plus a v podstatě konntantní napětové odchylky +0,7 na přechodu báze-emitor prvního tranzistoru 20.

Signálový zisk zesilovače tvořeného prvním tranzisoorem 20 a druhým tranzisooeem je určován poměrem součtu hodnot zpětnovazebního prvního rezistoru R1 a zpětnovazebního druhého rezistoru R2 a hodnoty vstupní impedance, například 3 kil, představované vstupním vazebním článkem £2, na vstupu prvního tranzistoru 20.

Hodnota takové vstupní která představuje výstupní zátěž pro zdroj 10 videosignálu, by měla být dostatečně vysoká, aby se zabránilo, aby výstupní obvody zdroje 10 videosignálu nevedly nadměrné proudy s doprovodným nadměrným ztráovvým výkonem. Tato úvaha je zvláště důležitá, když zdroj 10 viSrosignálu je vytvořen jako integrovaný obvod, neboř nadměěná-proudová vodivost a nadměrný rozptyl energie je plýtvání a může vytvořit potenciálně destruktivní tepelné napětí v integoovaném obvodu. U tohoto příkladu je zpětnovazební odpor určovaný součtem hodnot prvního rezistoru R1 a druhého rezistoru R2 řádu 160 kQ, což vyvolává zesílení signálového napptí zesilovače přibližně 54. Reeativně větší hodnoty zpětnovazebního odporu také výhodně přispívají ke snížení spotřeby energie budicího zesilovače.

Požadované zesílení signálu zesilovače může být také dosaženo použitím jediného zpětnovazebního rezistoru, například půlwattového vrstvového uhlíkového rezistoru v hodnotě 160 kil místo dvojice rezistorů prvního rezistoru R1 a druhého rezistoru R2. Bylo však shledáno, že vysokofrekvenční odezva zesilovače se významně zvvtšila, když bylo použito více rezistorů, například dva, místo jediného zpětnovazebního rezistoru. V případě zpětnovazebního obvodu s jedním rezisooeem jsou parazitní kapacity účinněěší a nežádoucím způsobem omeeují vysokofrekvenční odezvu zesilovače. .

Se zvýšenou vysokofrekvenční odezvou plynoucí z po^uřtí několika zpětnovazebních rezistorů, může však být spojena nežádoucí vlastnost, jako jsou zákmity spojené s přeměnami amppitudy v zesíeeném signálu. Velká šířka pásma je žádoucí u mnoha aplikaci zpracování videoisignálu, poněvadž podporuje zvýšení jakosti reprodukovaného obrazového záznamu. Zákmity, se kterými se lze setkat u systému s šiok]copásmovým zesioovačem, nežádoucím způsobem snižují jinak dobrou jakost obrazu dosahovanou zpracováváním širokopásmového signálu. Viditelný výsledek takového zakrnitávání signálu na zobrazeném obraze se podobá duchům nebo pruhům podél okrajů obrazu.

První rezistor R1 a druhý rezistor R2 zpětnovazebního obvodu 50 jsou umístěny tak, že dochází k podstannému zlepšení vysokofrekvenční odezvy budicího zesilovače obrazovky 35 tvořeného prvním trcězisOores 20 a druhým trcězisOores 22 a prakticky se eliminuje zkreslení obrazu zákmity ve výstupním signálu zesilovače. Toho se dosahuje použitím více než jednoho zpětnovazebního rezistoru, zde prvního rezistoru R1 a druhého rezistoru R2 o různých hodnotách a umístěním prvního rezistoru R1 o větší hodnotě co nejblíže výstupnímu obvodu výstupního druhého tranzistoru 22: U tohoto příkladu provedení je první rezistor R1 v 0,5 wattovém vrstvovém uhlíkovém provedení o hodnotě 130 kga druhý rezistor R2 je v 0,25 wattovém trátvovés uhlíkovém protrdrní o hodnotě 33 kg.

V dalším bude vysvětlen způsob, jakým se dosahuje výše uvedeného výsledku. Parazitní kapacity různých typů mají účinek na kmitočtovou odezvu zpětnovazebního obvodu 50 . Mezi význačnějšími z těchto parazitních kappcit jsou první kappcita ^, druhá kapacita C2 a třetí kapacíta C3, jak je znázorněno na obr. 1. První kappa^ta Cl zahrnuje parazitní kapacitu samotného prvního rezistoru Rl, rovnou přibližné 0,3 pF u 0,5 wattového provedení •spolu se všemi rozptylovými kapacitami konektorů a drátových spojů, které by se projevovaly

252818 4 mezi konektory obvodu na kolektoru druhého tranzistoru 22 a na uzlu prvního rezistoru R1 a druhého rezistoru R2. Druhá kapacita C2 zahrnuje parazitní kapacitu sdruženou s druhým rezistorem R2 samotným velikostí přibližně 0,2 pF u 1/4 W provedení spolu se všemi rozptylovými kapacitami konektorů a drátových spojů.

Třetí kapacita C3 zahrnuje parazitní kapacitu vůči zemi, sdruženou s obvodovými spoji na uzlu prvního rezistoru R1 a druhého rezistoru R2. Hodnoty těchto parazitních kapacit jsou ovlivněny například typem použitých obvodových spojů a uspořádáním obvodu, například ve vztahu к bodům zemního potenciálu a fyzickou blízkostí obvodových prvků.

Hodnoty takových parazitních kapacit lze v mnoha případech těžko určit nebo přesně měřit, ale někdy mohou být odhadnuty s přijatelnou přesností. V tomto případě je první kapacita Cl zřetelně větší než druhá kapacita C2, poněvadž první rezistor R1 je ve fyzicky větším 0,5 wattovém provedení ve srovnání se čtvrtwattovým druhým rezistorem R2 a poněvadž se značné parazitní kapacity objevují na kolektoru výstupního druhého tranzistoru 22.

V tom druhém ohledu je možno zaznamenat, že zatěžovací rezistor 24 zesilovače je typicky veliký, například dvouwattový nebo větší výkonový rezistor s odpovídajícím způsobem navrženou velikostí spojovacích prostředků, které mohou zahrnovat prostředky pro pozvednutí zatěžovacího rezistoru 24 nad příslušnou‘desku s tištěnými spoji pro lepší rozptyl tepla. Takové spojovací prostředky přidávají významnou složku к parazitní první kapacitě Cl. Roli zde hraje i způsob, jakým jsou propojeny a umístěny kolektor prvního tranzistoru 22 a zatěžovací rezistor 24, omezovači rezistor 38 a první rezistor Rl. Bylo také shledáno, že hodnoty první kapacity Cl а C2 druhé kapacity, jsou relativně nezávislé na hodnotách odporu prvního rezistoru Rl a druhého rezistoru R2.

Jak bylo dříve zmíněno, vysokofrekvenční odezva budicího zesilovače obrazovky 35 může být zlepšena použitím dvou zpětnovazebních rezistorů místo jednoho. Pro grafické objasnění tohoto jevu v obecném smyslu znázorňuje obr. 2 přibližně vysokofrekvenční odezvu pro budicí zesilovač v bodě poklesu o 3 dB pro různé kombinace hodnot zpětnovazebních rezistorů. Za účelem zjednodušení se předpokládají čtvrwattové rezistory s přidruženými parazitními kapacitami o velikosti 0,2 pF a účinky dalších rozptylových kapacit jsou zanedbány.

Na obr. 2 je na vodorovné ose nanesen poměr К hodnot zpětnovazebních rezistorů od 0,01 do 100. Na svislé, ose ’ je nanesena normalizovaná vysokofrekvenční odezva zesilovače vztažená na referenční vysokofrekvenční kmitočet f, například řádu 4 MHz. Maximální vysokofrekvenční odezva, odpovídající horní kmitočtové mezi v bodě poklesu o 3 dB, mezi 1,75 f a 2 f je přiřazena к poměru rezistorů К = 1, což odpovídá dvěma zpětnovazebním rezistorúm o stejné hodnotě, například dvěma čtvrtwattovým rezistorúm o 82 Ш. Minimální vysokofrekvenční odezva je přiřazena poměrům rezistorů v sousedství К = 0,01 а К = 100. Tato podmínka odpovídá použití jediného 160 кЛzpětnovazebního rezistoru.

Takto zlepšená vysokofrekvenční odezva může být získána použitím spíše dvou zpětnovazebních rezistorů, než jednoho, zvláště když hodnoty takových rezistorů vykazují poměr mezi 1:10, to jest К = 0,1 a 10:1, to jest К = 10. Například v obecném smyslu lze očekávat horní kmitočtovou mez 1,35 f, tedy 5,4 MHz při frekvenčním kmitočtu f různém 4 MHz, jestliže oba zpětnovazební rezistory mají hodnoty odpovídající poměru К = 0,25.

Bylo však zjištěno, že když se použijí dva zpětnovazební rezistory stejné hodnoty pro dosažení maximální vysokofrekvenční odezvy zesilovače, je výsledkem zákmit výstupního signálu zesilovače, jak je naznačeno tvarem vlny prvního výstupního signálu A na obr.

3.

Tvar vlny prvního výstupního signálu A odpovídá výstupnímu siqňálu z budicího zesilovače obrazovky vytvořeného v odezvu na vstupní signál zesilovače, který io znázoi·:ι«-*η v čárkované forně. Vstupní signál a odpovídající první výstupní signál A amplitudový přechod od úrovně černé k úrovni bílé se špičkami opatřenými oředkmitovými a překmitovými složkami signálu. S úrovní bílé prvního výstupního signálu A je sdružena nežádoucí zákmitová složka, která zhoršuje jakost a detaily obrazu reprodukovaného v odezvu na první výstupní signál A.

Byly pozorovány zákmitové složky s velkými ampUtudami dosahu jícími 40 % amppitudy videosignálu mezi úrovní Černé a úrovní bílé.

Vvsoooorekvenční odezva budicího zesilovače obrazovky 35 může být snížena z maximální vysokofrekvenční meze, to jest 2 f na obr. 2 změněním poměru K odporů mezi zpětnovazebními rezistory. Nicméně bylo zjištěno, že problém překmitů není vyřešen, je-li menší rezistor o hodnotě 33 kil umístěn co nejblíže k výstupu zesilovače. Zvváště byy-li pro zpětnovazební první rezistor R1 na obr. 1 zvolen l/4wattwý rezistor o hodnotě 33 kila jako druhý rezistor R2 byl zvolen Dwattový rezistor o hodnotě 130 k.0., objevila se zákmitová složka s ampUtudou přibližně 25 % amppitudy videosignálu.

Nicméne bylo zjištěno, že ampU-tuda zákmitové složky se značně sníží, je-li větší rezistor umístěn co nejblíže k výstupu zesilovače, to jest jestliže první rezistor Rl, znázorněný na obr. 1 odpovídá rezistoru o hodnotě 130 kíi. V takovém případě bylo zjištěno, že závitová složka vykazuje zanedbatelnou ampUtudu, menší než 10 % přechodu videosignálu od úrovně černé k úrovni bílé, jak je znázorněno tvarem druhého výstupního signálu B na obr. 3.

V souuvslosti s výše uvedeným je třeba poznamment, že zisk signálu budicího zesilovače může být definován následujícím výrazem v komplexním kmitočtu, nebol.i v rovině S.

-1 Cl + C2 + C3 s +-Rp (Cl + C2 + C3)

RIN C1C2 (S + -------) (S + )

R1C1R2C2 kde RIN je vstupní impedance na vstupním prvním tranzistoru 20; R f R2 odpooídají hodnotám odporu prvního rezis^ru Rl a druhého rezistoru R2; Cl, C2, C3 odpooídají hodnotám první kapacity Cl, druhé kapacity C2 a třetí kapacity C3; R_p odpovídá hodnotě odporu paralelní kombinace prvního rezis^ru Rl a druhého rezistoru R2 a S představuje 2 f, kde f odpovídá kmitočtu.

V tomto výraze výrazy S + 1/R1C1 a S + 1/R2C2 urč^í každý umístění různého pólového kmitočtu, od něhož kmitočtová odezva klesá o 6 dB na oktávu.

Výraz S + -------------------Rp (Cl + C2 + C3) určuje jediné msto nulového kmitočtu, od něhož se kmitočtová odezvy zvyšuje o 6 dB na oktávu. Tudíž členy pólového kmitočtu způsobuují degradaci vysokofrekvenční kmitočtové odezvy zesilovače. NaaooVi to)mu člen nulového kmitočtu zvyšuje vysokofrekvenční kmitočtovou odezvu zesilovače a pomáhá ve zvětšování šířky pásma zesilovače.

Pro dané umrítění pólového kmitočtu snižování nulového kmitočtu zvětšuje šířku pásma zesilavače a mez vysokého kmitočtu v bodě poklesu o 3 dB. To jest, vzrůssaající odezva nulového kmitočtu nastává dříve a amplitudová kmitočtová odezva zesilovače je donucena vzrůstat dříve, to jest při nižším kmitočtu. Podmínka miximiáni šířky pásma a meze vysokého kmitočtu v bodě poklesu o 3 rezistory o stejné hodnotě, neboř v takovém kmitočet je minimiání.

dB je splněná, když se pouužií zpětnovazební případě je miximiáni a přidružený nulový

VyyoVoVrekvenční kmitočtová odezva může být snížena tak, že se způsobí, aby se vzrůstající odezva nulového kmitočtu uskutečnila později, to jest na relativně vyšším kmitočtu.

35/818

Tohoto účinku mrží· by. .Λ i « no zvolením prvního rezistoru R1 a druhého kmitočtu R2 s navzájem odlišnými hodn:»L.iiL tuk, aby nulový kmitočet v nahoře uvedeném výrazu vzrůstal. V tomto případě už H , n^'ní maximální, nebot hodnota odporu paralelní kombinace prvního rezistoru PI a druhého rezistoru R2 se stává čím dál tím mení₍ čím více se hodnoty těchto od sebe různí.

Prosté smír-vání meze vysokého kmitočtu zesilovače tímto způsobem nedostačuje k eliminaci dříve popsaného problému zakm.iávánn signálu. To je zejména pravdivé, když spolupůsobení vzrůstající odezvy nulového kmitočtu a klesající odezvy pólových kmitočtů vytváří špičku na vysoko frekvenční části kmitočtového spektra, například špičku mezi 3 až 4 MHz.

Umistění zpětnovazebního prvního rezistoru Rl o větší hodnotě co nejblíže k výstupu zesilovače vyvolává pólový kmitočet v sousedství požadovaného horního kmitočtového rozsahu, to jest 3 až 5 MHz, zesilovače. V důsledku toho takové uspořádání kommpnnuje zahrocovací chaaakkeristiku sdruženou se vzrůssaaicí odezvou nulového kmitočtu v rozsahu dostaeenném pro způsobení podstatného snížení amplitudy zákmitové složky.

Bylo shledáno, že budicí zesilovač obrazovky 35 typu znázorněného na obr. 1 s prvním rezisooeim Rl a druhým rezisoormm R2 o hodnotách 130 k a 33 ko vykazuje šířku pásma přibližně 5,5 MHz bez podstatné zákmitové složky výstupního signálu, jak bylo výše diskutováno. Bylo shledáno, že poměry rezistorů K = 0,14 pro první rezistor Rl velikosti 139 kí). a .

druhý rezistor R2 velikosti 20 kD. až K = 0,43 pro první rezisí-or Rl velikosti 110 k.Oa druhý rezistor R2 velikosti 47 kPposkytuúí zlepšenou šířku pásma budicího zesilovače a vysokofrekvenční kmitočtovou odezvu, aniž by zaváděly nežádoucí mnnšžtví zákmitu signálu. Poměr K = 0,14 vytváří menší zákmity, ale o něco menší Šířku pásma ve srovnání se zvoleným výhodným poměrem odporů K = 0,25, zatímco poměr K = 0,43 dosáhl větší šířku pásma s o něco větším zákmitem signálu.

Claims (2)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Širokopásmový budicí zesilovač obrazovky se zdrojem videosignálu připojeným přes · vazební článek k budicímu obvodu, vyznnačjící se tím, že buc^á^icí obvod je tvořen kaskodovým zesi.o^^^<^(^<^m sestávajícím ze dvou tranzistorů (20, 22), kde kolektor prvního tranzistoru (20) je spojen s emitorem druhého tranzistoru (22) a kolektor druhého tranzistoru (22) je zpětnovazebně připojen přes v sérii zapojené alespoň dva rezistory (Rl, R2) navzájem odlišných hodnot, přičemž první rezistor (Rl), maaící větší hodnotu než ostatní rezittsrt, ’ je připojen ke kolektrou druhého tranzistoru (22).
2. 2. Širokopásmový budicí zesilovač obrazovky podle bodu 1, vyznnačuJíd se tím, že poměr hodnoty prvního rezistoru (Rl) k hodnotě druhého rezistoru (R2) je v rozmezí medsi 5 a 10.