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Stabilisierte transistorisierte Begrenzerschaltung für ein Videosignal
Die Erfindung betrifft eine stabilisierte transistori-,sierte Begrenzerschaltung
für ein - Videosignal zur Begrenzung der Weißspitzen und'der Schwarzspitzen,
bei der der Schwarzpegel mit einem Tastimpuls fest->gelegt wird, eine dem genormten
System entsprechende Tastung hinzugefügt und das kombinierte Signal einem Begrenzerpunkt
zugeführt Wird, der in seinem Potential durch Temperaturänderungen unbeeinflußt
bleibt.
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Zur Gewinnung einer Videoausgangsspannung für Fernsehanlagen wird
während det.horizontalenRücklaufzeit in das Signal ein Tastimpuls eingekoppelt,
um einen Bezugspegel zu erzielen, mit dem das Signal spannungsgemäß festgeklemmt
werden kann. Dieser Klemmpegel gibt den- richtigen Schwarzwert des Videosignals
an. Während - der Tastdauer kann jedoch dieser Schwarzpegel durch Rauschen
oder durch in den angeschlossenen Schaltungen erzeugte Störsignale verfälscht werden.
üblicherweise wird daher die obengenannte Schwarztastung durch ein breiteres und
störungsfreies Tastintervall ersetzt, das als Schwarzbezugswert in Fernsehempfängern
verwendet werden kann. Um dies zu erreichen, wird ein äußeres Tastsignal zum Videosignal
zugefügt und demzufolge so festgeklemmt, daß die resultierende Spannung sauber,
stabil und frei von Störspannungen während des Tastintervalls ist. Um das Videosignal
bei den Weißspitzen und den Schwarzspitzen zu be--grenzen, um außerdem jede verbleibende
Störspan--nung im Ausgangssignal zu vermeiden und schließlich die Linearität in
der Umgebung des Begrenzerpegelseinzuhalten, sind lineareBegrenzerschaltungen erforderlich.
Außerdem besteht in einer transistorisierten Begrenzerschaltung die Gefahr, daß
der Begrenzerpegel infolge von Änderungen in der Emitter-Basis-Spannung eines Transistors
Ub, bei Temperaturschwankungen sich unerwünscht ändert.
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Es ist eine Schaltung bekannt (USA.-Patentschrift 3 085 131),
bei der das Videosignal zunächst beim Schwarzwert geklemmt und dann über eine Schaltung
mit zwei komplementären Transistoren, in die gleichzeitig die Tastimpulse des Systems
eingekoppelt werden, einer Begrenzerschaltung mit Dioden zugeführt wird. Die beiden
komplementären Transistoren dienen dazu, Arbeitspunktverschiebungen infolge von
Änderungen in der Emitter-Basis-Spannung der Transistoren bei Temperaturschwankungen
zu vermeiden. Es hat sich gezeigt, daß diese bekannte Begrenzerschaltung noch nicht
zufriedenstellend linear arbeitet und insbesondere eine unerwünscht hohe differentielle
Verstärkung, d. h. eine zu starke Abhängigkeit der Verstärkung von dem jeweiligen
Spannungspegel des Signals, aufweist. Außerdem wirkt die Stabilisierung der Arbeitspunkte
nicht auf die Begrenzerdioden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine transistorisierte Begrenzerschaltung
zu schaffen, die eine lineare Begrenzung bewirkt2 gegen Temperatur#. schwankungen
stabil ist und insbesondere eine geringe differentielle Verstärkung aufweist.
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Die Erfindung besteht darin, daß das ankommende beim Schwarzwert geklemmte
Videosignal über ein Koppelnetzwerk einem Verstärker zugeführt wird, der eine Rückkopplungsschleife
mit einem Eingangsverstärker enthält, mit dem eine Begrenzerschaltung für die Schwarzspitzen
und Weißspitzen gekoppelt ist, daß in die Rückkopplungsschleife Tastimpulse eingekoppelt
werden, daß der Begrenzerpegel durch eine Quelle konstanten Stromes gesteuert wird
und daß an die Begrenzerschaltung ein Ausgangsverstärker angeschlossen ist, der
über einen Rückkopplungsweg mit dem Eingangsverstärker verbunden ist.
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Durch die erfindungsgemäße Schaltung, insbesondere durch die Rückkopplungsschleife,
wird die Line4 arität der Begrenzerschaltung gegenüber der bekannten Schaltung erhöht
und die differentielle Verstärkung verringert. Die Begrenzerdioden wirken Weitgehend
linear bis zu dem Spannungswert, bei dem sie durch das Signal in ihrer Leitfähigkeit
umge5chaltet werden und die Signalübertragung ganz
sperren. Durch
die erfindungsgemäße Schaltung wird außerdem erreicht, daß die Kompensation der
Teinperaturabhängigkeit der Arbeitspunkte auch für die B eg renzerdioden wirksam
ist, weil diese innerhalb der Rückkopplungsschleife liegen.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert. In der Zeichnung sind nur solche Schaltungsteile dargestellt, die
zum Verständnis der Erfindung wesentlich sind, In der Sigur wird von einer
Klemme 10 ein Videoeingangssignal 1 über einen Koppelkondensator
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der Basis 13 eines NPN-Transistors VT2 zugeführt. Der Transistor
VT2 hat einen Kollektor 12, eine Basis 13 und einen Emitter 14 und ist als
Emitterfolger geschaltet. Der Kollektor 12 ist direkt mit der positiven Klemme
15 einer nicht dargestellten Betriebsspannungsquelle verbunden, während der
Emitter 14 über einen Widerstand 17 mit der negativen Klemme 16 der
gleichen Betriebsspannungsquelle verbunden ist. Die Videoausgangsspannung des Transistors
YT 2 wird vom Emitter 14 der Basis 18 eines zweiten NPN#Transistors VT3 zugeführt,
der ebenfalls in Emitterfolgerschaltung arbeitet. Der Kollektor 19 des Transistors
VT 3 ist direkt mit der positiven Klemme 15 verbunden, während zwischen
dem Emitter 20 und der negativen Klemme 16 ein Widerstand 21 liegt. An den
Verbindungspunkt des Kondensators 11 mit der Basis 13 des Transistors
-VT2 ist eine getastete Klemmschaltung mit einem NPN-Transistor VT1 angeschlossen.
Der Transistor YT1 hat einen Kollektor 22, eine Basis 23 und einen Emitter
24. Der Kollektor 22 des Transistors YT1 ist direkt mit der Basis 13 des
Transistors VT2 und außerdem mit einer Seite des Koppelkondensators 11
verbunden.
Der Emitter 24 ist mit -einem Abgriff 25
eines den Schwarzpegel bestimmenden
und parallel zu einer Betriebsspannungsquelle liegenden Potentiometer
26 verbunden. Zwischen der Basis 23 und dem Emitter 24 liegt ein Gleichspannungsweg
mit -einem Widerstand 27. Der Emitter 24 ist außerdem über einen Filterkondensator
30 mit Erde verbunden. Positive Tastimpulse 28 werden von einem nicht
dar--gestellten Generator der Basis 23 des Transistors YT1 über einen Koppelkondengator29
zugeführt. Wenn ein positiver Impuls28 an die Basis23 gelangt, so wird dieser Transistor
stark leitend und bildet einen niederohmigenStromwegzwischen der Basis13 des Transistors
VT2 und dem Punkt der Bezugsspannung am Abgriff 25. Auf diese Weise wird
das untere Ende oder der Schwarzpegel der Impulse des ankommenden und der Basis
13 des Transistors VT2 zugeführten Videosignals durch den Transistor VT1
auf einen Klemmpegel festgeklemmt, der mit dem Abgriff 25 einstellbar ist.
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Die - beiden gleichstromgekoppelten Transistoren VTZ und VT3
arbeiten in Emitterfolgerschaltung und bilden einen hohen Belastungswiderstand für
den Klemmtransistür YTI und eine Speisequelle niedrigen Innenwiderstandes für den
angeschlossenen rückgekoppelten Verstärker. Dieser rückgekoppelte Verstärker enthält
eine Rückkopplungsschleife mit einem Eitigangsverstärker VT5, einer Begrenzerschaltung
mit Diöden MR2, MR3 und MR4 zur Begrenzung der Weißspitzen und der Schwarzspitzen,
ein Koppelnetzwerk zwischen dem Eingangsverstärker VT 5 und den Begreilzerdioden
MR2, MR3 und MR4, einen Ausgangstransistör YT8 und einen Rückkopplungsweg
68 zwischen dem Transistor YT8 und dem Transistor VT5.
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Das Signal wird vom Emitter 20 des Transistors VT3 der Basis
31 eines NPN-Transistors VT5 zugeführt, der als Eingangsverstärker fÜr die
Rückkopplungsschleife dient. Der Belastungskreis für den Kollektor
32 des Verstärkers VT5 wird durch den dynamischen Widerstand eines PNP-Transistors
VT4 gebildet. Eine solche Schaltung ermöglicht eine hohe Verstärkung des Verstärkers
VT5, ohne daß eine besonders hohe Betriebsspannung erforderlich ist.
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Der Kollektor 34 des Transistors VT 4 ist mit 'dem Kollektor
32 des Transistors VT5 und der Emitter 35 des Transistors YT4 über
einen Widerstand 37
mit der positiven Klemme 15 der Betriebsspannungsquelle
verbunden. Der Basis 36 wird von einem Ab-
griff eines Spannungsteilers
mit den Widerständen 38,
39, die parallel zur Betriebsspannungsquelle
liegen, die erforderliche Vorspannung zugeführt. Zwischen der Basis 36 das
Transistors VT4 und Erde liegt ein Siebkondensator 40. Der Emitter 33 des
Transistors VT5 ist über einen Emitterwiderstand 50 mit der negativen Klemme
16 verbunden. Die Ausgangsspannung an dem Kollektor 32 des Transistors
VT5 wird der Basis 41 eines NPN-Transistors VT6 zugeführt. Der Kollektor 43 des
Transistors VT6 ist direkt mit der Klemme 15 und der Emitter 42 über einen
Widerstand 44 mit der negativen Klemme 16 verbunden. Der Transistor VT6 arbeitet
als Emitterfolgerstufe, um eine Quelle mit niedrigem Innenwiderstand für dieBegrenzerdioden
MR2,MR3undMR4zubilden.
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Die Schaltung ist so bemessen, daß für die Signale mit einem normalen
Pegel die Dioden UR2 und MR4 leitend sind, die Diode MR3 jedoch nichtleitend ist.
Dies wird erreicht durch den Strom einer durch den PNP-Transistor VT7 gebildeten
Quelle konstanten Stromes, der durch die Dioden MR2 und MR4 fließt. Wenn das Signal
an dem Emitterwiderstand 44 des Transistors VT6 über einen Wert steigt, der gleich
dem Produkt aus dem Strom durch den Transistor VT7 und dem Wert des Widerstandes
45 ist, dann wird die Diode MR2 nichtleitend und bewirkt eine, Dämpfung der Signale
oberhalb des gewünschten Begrenzerpegels für die Weißspitzen. Dieser Begrenzerpegel
für die Weißspitzen kann daher durch Änderung des Stromes durch den Transistor VT7
geändert werden, beispielsweise durch Änderung der Vorspannung an der Basis
51. Diese Spannuno, kommt von einem Abgriff eines Spannungsteilers
mit den Widerständen 47, 46, die zwischen die positive Klernme 15 und Erde
geschaltet sind. Da das Produkt aus dem Strom durch den Transistor VT7 und dem Wert
des Widerstandes 45 den Begrenzerpegel für die Weißspitzen bestimmt, bewirkt
eine Vergrößerung des Stromes durch den Transistor VT7 eine Vergrößerung des Spannungsunterschiedes
zwischen dem Weißpegel und dem Schwarzpegel. Durch den veränderbaren Widerstand47
wird auf einfache Weise eine Änderung der Vorspannung an der Basis 51 des
Transistors VT7 und demzufolge des Stromes durch den Transistor VT7 erzielt.
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Der Emitter 52 des Transistors VT7 ist über einen Emitterwiderstand
48 mit der positiven Klemme 15
verbunden, während der Kollektor
53 direkt mit den Anoden der Dioden MR2 und MR4 verbunden ist. Die Anoden
der Dioden MR 2 und MR 4 sind außerdem mit der Kathode einer Diode MR3 verbunden,
deren Anode an Erde liegt. Wenn die Spannung des
Signals am Emitterwiderstand
44 unter das Erdpotential sinkt, d. h. negativ gegenüber Erde wird, so wird
die Diode MR4 nichtleitend, und die, Diode MR3 leitend. Auf diese Weise wird eine
Dämpfung der den Schwarzpogel unterschreitenden Signale, erzielt.
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Während der horizontalen Rücklaufzeit des ankommenden Videosignals
werden dem Transistor VT6 von einem Transistor VT9 -über eine Diode MR,
1 Tastimpulso zugeführt. Diese Tastimpulse, 67
werden mit positiver
Polarität über einen Koppelkondensator 55 der Basis 54 des NPN-Transistors
VT9 zugeführt. Die Basis 54 ist mit dem Emitter 57 des Transistors VT9 und
außerdem mit der negativen Klemme 16 über einen Widerstand
56 verbunden. Die Betriebsspannung wird dem Kollektor 58 von einer
stabilisierten, gegenüber Erde positiven Spannungsquelle zugeführt. Der Kollektor
58 ist zu diesem Zweck mit dem Verbindungspunkt 61 eines aus den Widerständen
59, 60 bestehenden Spannungsteilers verbunden, der zwischen der positiven
Klemme 15
und Erde liegt. Die dem Kollektor 58 zugeführte Spannung
wird durch zwei in Reihe geschaltete Dioden Zl, Z2 stabilisiert, die zwischen dem
Punkt 61 und Erde liegen. Die Diode MR 1 ist so gepolt, daß ihre Kathode
an dem Kollektor 58 des Transistors VT9 und ihre Anode an der Basis 41 des
Transistors VT6 liegt.
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Während der Austastzeit wird der Transistor VT9 leitend gesteuert.
Auf Grund der Kopplung über die Diode MR1 wird die Basiselektrode 41 des Transistors
VT6 gegenüber Erde negativ. Während der übertragung des Bildinhaltes ist die Diode
MRI nichtleitend und verhindert, daß der Transistor VT9 die Basis 41 des Transistors
VT6 beeinflußt. Da die Dioden MR2 und MR4 keine gegenüber Erde negativen Signale
hindurchlassen, wird über dem Widerstand 45 während der Austastzeit keine Ausgangsspannung
gebildet. Das bedeutet, daß das Signal ausgetastet wird. Die Klenunwirkung der Diode
MR3 gewährleistet, daß eine Videospannung mit einem richtigen Schwarzwert der Basis
63 des die Videoausgangsstufe bildenden Transistors VT8 zugeführt wird. Der
PNP-Transistor VT8 arbeitet in Emitterfolgerschaltung, um einen geringen Ausgangswiderstand
zu bilden. Der Emitter 62 ist über einen Widerstand 65 mit der positiven
Klemme 15 und über einen Widerstand 49 mit Erde verbunden. Die Ausgangsspannung
wird vom Emitter 62 einer Ausgangsklemme 66 zugeführt. Der Kollektor
64 des Transistors VT8 ist über eine Leitung 68 mit dem Emitter
33 des Transistors VT5 verbunden. Dadurch wird eine Rückkopplungsschleife
über die Transistoren VT5, VT4, VT6 und VT8 gebildet. Durch den großen Betrag der
Gegenkopplung ist die gesamte Linearität bis zum Einsetzen der Begrenzung durch
die Dioden MR2 bis MR4 außerordentlich gut.
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Eine wesentliche, vorteilhafte Eigenschaft der erfindungsgemäßen Schaltung
besteht darin, daß jede Änderung in der Emitter-Basis-Spannung Ub, die durch Temperaturschwankungen
der Transistoren hervorgerufen wird, selbsttätig kompensiert wird. Eine Änderung
der Spannung Ub, bei den Transistoren VT2 und VT3 wird ausgeglichen durch eine gleichzeitige
Änderung der Spannung Ub, in den Transistoren VT5 und VT8.
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Die Spannung Ub" von Silicium- und Germanium-Transistoren sinkt um
2,5 niV/1 C. Dieses bewirkt, daß das Signal an der Basis
31 des Transistors VT5 um einen Betrag von 5 niV/1 C positiver
wird. Nun wird jedoch der Emitter 33 des Transistors VT5 ebenfalls um den
Betrag 2,5 mV/1 C positiver, weil die Temperaturänderung auch am Transistor
VT5 wirksam ist. Der Strom durch den Transistor VT5 wird demzufolge ansteigen, so
daß die Spannung Ub, um 2,5 niV/1 C sinkt. Da der Widerstandswert
des Widerstandes 50 gleich dem Widerstandswert der Parallelschaltung der
Widerstände 49 und 65 ist, wird die Spannung am Emitter 33 des Transistors
VT5 um 2,5 mV/1 C positiver. Durch dieses Zusammenwirken der Transistoren
VT5 und VT8 wird erreicht, daß die Spannung am Emitter 33 des Transistors
VT5 eine Änderung von SmV/1 C erfährt. Die gleiche Änderung erfolgt an der
Basis 31 des Transistors VT5. Dies hat zur Folge, daß der Strom im Kollektor
32 des Transistors VT5 bei Temperaturschwankungen unverändert bleibt. Dieses
bedeutet wiederum, daß der Gleichspannungsbeiwert des der Begrenzerschaltung mit
den Dioden MR2 bis MR4 zugeführten Signals unverändert bleibt. Demzufolge wird der
Schwarzpegel durch Temperaturänderungen nicht beeinflußt. Da die Transistoren VT4
und VT6 in der Rückkopplungsschleife liegen, sind bei ihnen Änderungen in der Spannung
Ub, durch Temperaturänderungen unbedeutend.