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Schaltungsanordnung zur Regelung des Pegels von Videosignalen Die
Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Regelung des Pegels von
Videosignalen unter Verwendung zweier Verstärkerelemente, deren Arbeitspunkte mittels
einer Regelspannung verschiebbar sind.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung
zur Regelung des Pegels von Videosignalen anzugeben, die einerseits hohe Anforderungen
hinsichtlich der Linearität der geregelten Videosignale erfüllt und die andererseits
auf schnelle Änderungen des Videosignals anspricht, ohne daß Störungen auftreten.
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Bekanntlich werden auf dem Gebiet der Fernsehtechnik besonders hohe
Anforderungen an die Linea-,estellt, da nichtlineare Verzerrungen (differenrität
g
tielle Amplitudenfehler) des Videosignals eine Veränderung der Abstufung
der Helligkeitswerte im Bild zur Folge haben. Bei Verwendung von Regelverstärkern
treten grundsätzlich nichtlineare Verzerrungen auf. Ihre Größe ist von der Form
der übertragungscharakteristik und vom Eingangspegel des Videosignals abhängig.
Um die hohen Anforderungen an die Linearität zu erfüllen, ist man bei Verwendung
einstufiger Regelverstärker gezwungen, diesen Regelverstärkern Videosignale mit
sehr kleinem Eingangspegel zuzuführen. Dies ist vielfach unerwünscht, wenn eine
höhere Spannung, z. B. mit dem genormten Wert von 1 Vss, vom Regelverstärker
verarbeitet werden soll. Der Pegel des Videosignals muß dann vor der Zuführung zum
Regelverstärker verringert und nach diesem wieder vergrößert werden, wodurch ein
erhöhter Aufwand bedingt ist.
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Durch Verwendung einer bekannten Schaltungsanordnung mit zwei kathodengekoppelten
Verstärkerröhren läßt sich der vorgenannte Nachteil einstufiger Regelverstärker
verringern. Dabei wird die Verstärkung der beiden Verstärkerstufen gleichzeitig
in gleichem Ausmaß geändert. Da das Videosignal in beiden Verstärkerstufen mit entgegengesetzter
Phase auftritt, kompensieren sich die durch die nichtlinearen übertragungscharakteristiken
der beiden Verstärkerröhren verursachten nichtlinearen Verzerrungen. Eine weitgehende
Kompensation tritt jedoch nur dann ein, wenn die Steuerspannung für beide Verstärkerstufen
gleich groß ist, was nur bei einem sehr großen gemeinsamen Kathodenwiderstand der
beiden Verstärkerröhren annähernd erreicht werden könnte. Da dieser Kathodenwiderstand
in der Praxis jedoch nicht besonders groß bemessen werden kann, ist die Steuerspannung
der zweiten Verstärkerstufe (der beiden kathodengekoppelten Verstärker) kleiner
als die der ersten Verstärkerstufe, so daß in der ersten Verstärkerstufe ein größerer
Bereich der übergungscharakteristik ausgesteuert wird als in der trag
zweiten
Verstärkerstufe. Dadurch sind die durch die Verstärkerstufen bewirkten nichtlinearen
Verzerrungen verschieden und werden nur zum Teil kompensiert, so daß das Ausgangssignal
noch erhebliche differentielle Amplitudenfehler aufweist.
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Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Schaltungsanordnung ist darin
zu sehen, daß sich bei schnellen Änderungen der Regelspannung nicht nur der Pegel
des Videosignals, sondern auch dessen Gleichstromkomponente ändert. Es entstehen
somit Regelstöße, die sich in nachgeschalteten Geräten ungünstig auswirken; dies
deshalb, weil das geregelte Videosignal zunächst in einem Verstärker verstärkt werden
muß, bevor es einer sogenannten Klemmschaltung zugeführt werden kann, welche die
durch die Regelung bewirkte Änderung der Gleichstromkomponente rückgängig macht.
Der Verstärker, welcher zwischen der geregelten Schaltungsanordnung und der Klemmschaltung
liegt, kann durch die unerwünschte Änderung der Gleichstromkomponente übersteuert
werden, wodurch ein zeitweiliger Ausfall des zu übertragenden Videosignals oder
aber wenigstens eine sehr störende Amplitudenbegrenzung der Impulsspitzen des Videosignals
verursacht werden kann.
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Um die durch die bekannte Schaltungsanordnung verursachten differentiellen
Amplitudenfehler zu verringern, werden bei einer weiteren bekannten Schaltungsanordnung
zwei kathodengekoppelten Verstärkerstufen aitterseitig verschieden große Regelspannungen
zugeführt. Dabei sind die kleinere Regelspannung (für die erste Verstärkerstufe)
und die größere Regelspannung (für die zweite Verstärkerstufe) derart verschieden,
daß die nichtlinearen Verzerrungen (verursacht durch die endliche Größe des gemeinsamen
Kathodenwiderstandes und durch die dadurch bewirkten verschiedenen Aussteuerungsbereiche
der beiden Verstärkerstufen) annähernd
gleich groß sind und sich
gegenseitig aufheben. Auf diese Weise kann von einer der Anoden der beiden Verstärkerröhren
ein Videosignal abgenommen werden, welches nur ganz geringfügige nichtlineare Verzerrungen
aufweist. Außerdem werden bei dieser weiteren bekannten Schaltungsanordnung die
von den Anoden abgenommenen gegenphasigen Videosignale je einem Steuergitter
zweier weiterer kathodengekoppelter Verstärkerröhren zugeführt. Dadurch werden die
gegenphasigen Videosignale addiert und Änderungen der Gleichstromkomponente
- sofern sie über beide Verstärker mit gleicher Amplitude übertragen werden
- rückgängig gemacht. Trotzdem el t2
entstehen bei schnellen Änderungen
der Regelspannung bei dieser weiteren bekannten Schaltungsanordnung stoßartige Änderungen
des Videosignals, weil die Reggelspannungen den beiden Steuergittern mit verschiedenen
Amplituden zugeführt werden, wodurch die Gleichstromkomponenten der von den Anoden
abgegebenen Videosignale zwar in gleicher Richtung, aber mit verschiedenen Beträgen
verändert werden. Derart verschieden große Änderungen der Gleichstromkomponenten
können von den nachfolgenden weiteren kathodengekoppelten Verstärkerstufen nicht
rückgängig gemacht werden.
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Die Erfindung bezweckt, durch eine neuartige Kombination von an sich
zum Teil vorgeschlagenen und bekannten einzelnen Schaltmaßnahmen eine Schaltungsanordnung
anzugeben, welche die Nachteile der bekannten Schaltungsanordnungen vermeidet. Außerdem
bezweckt die Erfindune, eine Schaltungsanordnung anzugeben, bei der an Stelle der
Verstärkerröhren Halbleiterbauteile, vorzugsweise Transistoren, verwendet werden.
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Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist durch die gleichzeitige
Anwendung der folgenden, zum Teil bekannten Maßnahmen gekennzeichnet-A. Die Regelspannung
wird über zwei dem Betrag nach gleiche Widerstände beiden Emittern zweier emittergekoppelter
Transistoren zugeführt.
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B. Das Videosignal, dessen Pegel geregelt werden soll, wird der Basis
eines dieser Transistoren zugeführt, wogegen die Basis des anderen Transistors zumindest
wechselstrommäßig an Masse angeschlossen ist.
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C. Die an den Kollektoren der beiden Transistoren auftretenden
gegenphasigen Videosignale werden je einer Basis zweier weiterer emittergekoppelter
Transistoren zugeführt, und vom Kollektor eines dieser weiteren emittergekoppelten
Transistoren wird das Videosignal abgenommen, dessen Pegel in Abhängigkeit von der
zugeführten Regelspannung geregelt ist.
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Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zeichnet sich dadurch aus,
daß das geregelte Videosignal einen außerordentlich geringen differentiellen Amplitudenfehler
aufweist und daß sie auf schnelle Änderungen der Regelspannung anspricht, ohne daß
Regelstöße auftreten. Insbesondere kann als Regelspannung eine sägezahnförmige Impulsfolge
mit einer Impulsfolgefrequenz von 50 Hz zugeführt werden. Die erfindungsgemäße
Schaltungsanordnung eignet sich somit zur multiplikativen Mischung eines Videosignals
mit einem Signal, welches als Regelspannung zugeführt wird. Die erfindungsgemäße
Schaltungsanordnung eignet sich sowohl zur Handregelung als auch zur automatischen
Regelung und zur ferneinstellbaren Regelung des Pegels von Videosignalen.
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Im folgenden werden die Erfindung und zwei Ausführungsbeispiele derselben
an Hand der F i g. 1
und 2 beschrieben, wobei in beiden Figuren dargestellte
gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Es zeigt F i
g. 1 eine Schaltungsanordnung zur Änderung des Pegels von Videosignalen,
mit der ein Regelhub im Verhältnis von 1.: 3 erzielbar ist, und F i
g. 2 eine Schaltungsanordnung zur Änderung des Pegels von Videosignalen,
mit der ein Regelhub im Verhältnis von 1: 5 erzielbar ist.
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Die Schaltungsanordnung nach F i g. 1 zeigt zwei emittergekoppelte
Transistoren 1 und 2 (beide vom Ty 2N708),derenEmitterüberdieWiderstände3,4
(je 4700hm), 5 (3,5kOhm) an Klemme6 und deren Kollektoren über die
Arbeitswiderstände 7, 8
Ge 1 kOhm) an Klemme 9 angeschlossen
sind. Um die Stabilität der Schaltungsanordnung gegenüber fertigungsmäßig bedingten
Kennlinienunterschieden der Transistoren 1 und 2 zu erhöhen, sind die Emitter
über den Koppelwiderstand 11 (180 Ohm) miteinander verbunden. Unter Verwendung
der Widerstände 12 (220 kOhrn), 1.3 (2,2 kOhm) wird das Basispotential des
Transistors 1. festgelegt.
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Das Videosignal, dessen Pegel geregelt werden soll, wird über Klemme
14 der Basis des Transistors 1
zugeführt. Dieses Videosignal wird dann einerseits
über den Kollektor des Transistors 1 und andererseits mit entgegengesetzter
Phase (wegen der Emitterkopplung) auch über den Kollektor des Transistors 2 weitergeleitet.
Über die Klemme 6 wird eine Regelspannung zugeführt, wodurch die Arbeitspunkte
beider Transistoren 1 und 2 verschoben werden und die Verstärkung der beiden
Transistorstufen gleichzeitig im gleichen Ausmaß geändert wird. Dadurch werden sowohl
die Pegel als auch die Gleichstromkomponenten der über die Kollektoren der Transistoren
1 und 2 abgegebenen Videosignale geändert.
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Von den Kollektoren der Transistoren 1 und 2 werden die gegenphasigen
Videosignale über die Kondensatoren 15 bzw. 16 (je 50 gF) und
über die an Masse geführten Widerstände 17 bzw. 18 Ge 2,2 k-Ohm) den
Transistoren 19 bzw. 20 zugeführt, die mit den Widerständen 22 bzw.
23 (beide je
2,2 kOhm) je einen Impedanzwandler bilden. Vom
Emitter des Transistors 19 bzw. vom Emitter des Transistors 20 werden die
gegenphasigen Videosignale zwei weiteren emittergekoppelten Transistoren 24,
25 (vom Typ 2 N 708) zugeführt. Die Emitter dieser Transistoren
24, 25 sind über die Widerstände 26 (1-,2 kOhm), 27 (2,7 kOhm)
und über Klemme 28
an einen Pol (- 12 Volt) einer Betriebsspannungsquelle
angeschlossen, und die Kollektoren der Transistoren 24 bzw. 25 sind direkt
bzw. über den Widerstand 29 (2 kOhm) an den anderen Pol (+ 12 Volt)
der Betriebsspannungsquelle angeschlossen.
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Die Emitter der Transistoren 24, 25 sind über den Koppelwiderstand
31 (150 Ohm) miteinander verbunden. Der Basis und dem Emitter des Transistors
25 werden demnach gegenphasige Videosignale mit angenähert gleichem Pegel
zugeführt, so daß über die Ausgangsklemme 32 ein Videosignal mit etwa doppeltem
Pegel abgegeben wird. Die durch die Regelspannung bewirkten Pegeländerungen
kommen
somit voll zur Wirkung. Dagegen kompensieren sich die ebenfalls durch
die Regelspannung bewirkten
Änderungen der Gleichstromkomponenten,
weil diese an der Basis und am Emitter des Transistors 25 mit gleicher Phase auftreten.
Relativ rasche Änderungen der Regelspannung bewirken somit nur eine Änderung des
Videosignalpegels, aber keine Anderung der Gleichstromkomponente des Videosignals.
Es entstehen daher keine Regelstöße, die in nachfolgenden Verstärkerstufen Störungen
verursachen könnten. Unter Verwendung der Widerstände 12,13
wird das Basispotential
des Transistors 1 derart festgelegt, daß die mittleren Arbeitspunkte der
Transistoren 1 und 2 geringfügig voneinander verschieden sind und das Videosignal
über beide Transistoren 1, 2 angenähert gleich verzerrt übertragen wird.
Da im vorliegenden Fall n-p-n-Transistoren 1, 2 verwendet werden, ist das
Basispetential des Transistors 1 etwas positiver im Vergleich zum Basispotential
des Transistors 2, welches gleich dem Massepotential ist. Durch diese Maßnahme werden
differentielle Amplitudenfeliler weitgehend vermieden.
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Mit der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 läßt sich bei hohen
Linearitätsanforderungen ein Regelhub von etwa 1: 3 erzielen. Falls ein größerer
Regelhub von etwa 1: 5 und eine größere Stabilität gegenüber fertigungsgemäßen
Exemplarstreuungen hinsichtlich der Transistoren 1 und 2 erreicht werden
sollen, dann kann der Kopplungswiderstand 11 durch einen änderbaren Widerstand
ersetzt werden, wobei der Betrag dieses änderbaren Widerstandes umgekehrt proportional
zum jeweiligen Pegel des Videosignals geändert wird.
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Bei der Schaltungsanordnung nach F i g* 2 sind die Emitter der Transistoren
1 und 2 über einen änderbaren Kopplungswiderstand verbunden, der aus den
Dioden35,36(beidevomTy EA931)undausdem Widerstand 37 aebildet wird. Diese
Serienkombination entspricht einem änderbaren Widerstand mit nichtlinearer Strom-Spannungs-Charakteristik.
Dabei sind die Schaltun- nkte 38 bzw. 39 über die CSPU Widerstände
41, 42 und über den Widerstand 43 an den Abgriff des Potentiometers 44 angeschlossen.
Auf diese Weise sind die Potentiale an den Schaltungspunkten 38, 39 einstellbar
und der Betrag der Serienkombination 35, 37, 36 änderbar. Unter Verwendung
des Potentiometers 44, dessen Enden einerseits an Masse und andererseits an eine
Spannung von -12Volt angeschlossen sind, wird somit einerseits (über die Widerstände
45, 3, 4) eine Änderung der Emitterpotentiale der Transistoren
1 und 2 und andererseits eine Potentialänderung an den Schaltungspunkten
25, 26 bewirkt. Auf diese Weise wird der Betrag des änderbaren Widerstandes
(der Dioden 35, 36 und des Widerstandes 37) umgekehrt proportional
dem Pegel der von den Kollektoren der Transistoren 1. und 2 abgegebenen Videosignale
geändert.