DE1242680B - Transistorisierte Schwarzsteuer- und Begrenzerschaltung in Fernsehgeraeten - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H04n

Deutsche Kl.: 21 al - 33/71

Nummer: 1 242 680

Aktenzeichen: G 33022 VIII a/21 al

Anmeldetag: 28. August 1961

Auslegetag: 22. Juni 1967

Die Erfindung betrifft eine transistorisierte Schaltungsanordnung zur Konstanthaltung des Schwarzpegels in Fernsehgeräten mit einer Klemmschaltung und einer Schwarzpegelabschneideschaltung, insbesondere in Fernsehkameraanlagen.

Um eine fehlerhafte Synchronisierung durch Stö_: rungen, z. B.Rauschspitzen, zu vermeiden und einen richtigen Bezugspegel für Meß- und Übertragungszwecke des kombinierten Videosignals zu erzielen, ist ein Schwarzpegel mit einem gleichmäßigen rauschfreien Bezugspegel erwünscht. Bei transistorisierten Schwarzsteuerschaltungen trat bisher immer eine Verschiebung des Abschneidepegels bei Temperaturänderungen auf. Außerdem wies das Videosignal häufig einen Sägezahneffekt auf. Diese Nachteile werden durch die Erfindung vermieden.

Die Erfindung besteht darin, daß der Verstärker für das geklemmte Signal zwei Transistoren entgegengesetzter Eigenschaften in Kaskadenschaltung enthält, die von einem niederohmigen Verstärker über einen von der im Durchlaßbereich niederohmigen Klemmschaltung periodisch geladenen, so bemessenen Kondensator gesteuert werden, daß der Kondensator seine Ladung zwischen dem Auftreten der Klemmimpulse im wesentlichen hält.

Es ist zwar ein temperaturkompensierter Transistorverstärker bekannt, bei dem zwei aufeinanderfolgende Transistoren verschiedener Eigenschaften (NPN und PNP) in Kaskade geschaltet sind. Bei diesem bekannten Verstärker handelt es sich jedoch nicht um eine Schaltung zur Konstanthaltung des Schwarzpegels.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden ein Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung beschrieben. In dieser ist eine Videover-Stärkerschaltung mit einem NPN-(PNP-)Transistor Ql in Emitter-Folger-Schaltung dargestellt, dessen Emitter über einen Widerstand R1 geerdet ist. Die erste StufeQl ist über einen Kondensator C1 mit einem zweiten Transistorverstärker β 2 in Emitter-Folger-Schaltung gekoppelt. An den Verbindungspunkt g des Kondensators Cl mit der Basis des Transistors Q 2 ist eine Dioden-Brücken-Klemmschaltung angeschlossen. Diese Brückenschaltung besteht aus zwei parallelen, zwischen den Punkt g und eine Bezugsspannung —E' eingeschalteten Zweigen. Die Bezugsspannung — E' kann zur Einstellung des Abschneidepegels einstellbar sein oder auf Erdpotential oder einem ähnlichen vorbestimmten Potential liegen. Der erste der beiden Zweige enthält die Serienschaltung eines Widerstandes R 2 und einer Diode D 2. Der zweite Zweig enthält einen Wider-Transistorisierte Schwarzsteuer- und
Begrenzerschaltung in Fernsehgeräten

Anmelder:

General Electric Company, New York, N. Y.

(V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. B. Johannesson, Patentanwalt,
Hannover, Göttinger Chaussee 76

Als Erfinder benannt:

Max Henry Diehl, Syracuse, N. Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 31. August 1960 (53 105)

stand R 3 und eine Diode D1. Die Kathode der Diode D1 ist an den Verbindungspunkt g angeschlossen. Die Anode der Diode D 2 ist mit der Kathode der Diode D1 verbunden. Die Dioden D1 und D 2 sollen Typen mit großem Leitwert sein. Zur Steuerung der Brückenschaltung dient ein PNP-Transistor Q 4. Dieser Transistor liefert die positiven und negativen zeilenfrequenten Klemmimpulse, die von dem nicht dargestellten Synchronisiergenerator abgeleitet werden. Der Kollektor des Transistors Q 4 ist über einen Widerstand R 33 mit der Betriebsspannung — E verbunden, die z. B. —20 V betragen kann. Der Emitter des Transistors Q 4 ist über einen Widerstand R 6 mit Erde verbunden. Der Kollektor des Transistors Q2 ist mit einer SpannungsquelleΈ von z.B. 8V verbunden. Die vom Emitter bzw. Kollektor abgeleiteten Klemmimpulse werden der Brückenschaltung über Koppelkondensatoren C 4 und CS zugeführt.

Der Emitter des Transistors β 2 ist mit der Basis eines zweiten PNP-Transistors Q 3 direkt gekoppelt. Der Emitter des Transistors Q3 ist über einen Widerstand R 7 mit Erde verbunden. Der Kollektor dieses Transistors liegt über einen Belastungswiderstand R 8 an der negativen Spännung —E. Der Emitter des Transistors Q 2 ist mit dieser Spannung über einen Widerstand R 4 verbunden. Der Kollektor des Transistors Q 3 ist über eine Abschneidediode D 3 mit der Ausgangsklemme verbünden. Zwischen die Kathode der Diode D 3 und Erde ist die Serien-

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schaltung eines Widerstandes R 9 und einer Zenerdiode D4 geschaltet, wobei R9 der Videolastwiderstand ist. Zwischen den Verbindungspunkt χ des Widerstandes R 9 mit der Kathode der Zenerdiode D 4 und die Spannungsquelle — E ist ein Widerstand R10 eingeschaltet. Der Widerstand R 9 hat einen relativ kleinen Wert in der Größenordnung von 10 % des Kollektorwiderstandes R 8, da die Abschneide-Diode D 3 nicht scharf genug abschneidet, wenn der Lastwiderstand R 9 nicht wesentlich kleiner ist als der Kollektorwiderstand R 8. Der Grund hierfür liegt in der Umschaltcharakteristik einer Diode beim Umschalten vom Sperrbereich auf den Durchlaßbereich bzw. umgekehrt. Eine Diode ist ein Schalter mit allmählichem Übergang, bei dem die Spannung einem Kurvenverlauf erfolgt. Um die Schaltwirkung zu verschärfen, soll der Widerstand R 8 hier als eine Stromquelle wirken, die einen im wesentlichen konstanten Strom liefert. Die Zenerdiode erzeugt die Bezugsspannung, die bei dem Ausführungsbeispiel 5 V am Verbindungspunkt des Widerstandes R9 und der Diode DA beträgt. Der Widerstand RIO ist ein Belastungswiderstand, durch den ein Vorbelastungsstrom in die Zenerdiode gespeist wird, um eine Bezugsspannung bei — 5 V zu halten.

Die Wirkungsweise der soweit beschriebenen Schaltung soll im folgenden näher erläutert werden.

Das Videosignal α wird zusammen mit dem dem Signal überlagerten Rauschen der Basis des Transistors ßl zugeführt. In diesem Transistor wird eine Impedanztransformation vorgenommen, um eine niedrige Impedanz für die angeschlossene Klemmschaltung zu erzielen. Gleichzeitig werden vom Synchronsignalgenerator der Basis des Transistors β 4 Impulse / zugeführt. Der Transistor β 4 ist so geschaltet, daß an seinem Emitter und an seinem Kollektor zwei in der Phase um 180° verschobene Impulsreihen erscheinen. Dadurch wird an die Kathode der Diode D 2 eine negativ gerichtete und an die Anode der Diode D1 eine positiv gerichtete Impulsspannung gelegt. Da die Brücke sich bei Anlegen der Impulse im Gleichgewicht befindet, liegt die Spannung am Punkt g auf dem Bezugspegel. Der Kondensator Cl ist groß bemessen und entlädt sich in der Zeit zwischen dem Auftreten der Impulse nur unwesentlich. Die Klemmschaltung mit den Dioden D1 und Ώ2 wirkt daher als Schalter, der beim Auftreten der Impulse/ geschlossen wird. Diese Impulse sind synchron mit den Austastimpulsen der zusammengesetzten Wellenform«. Bei jedem Auftreten der Austastimpulse in der Wellenform α schließen daher die Synchronimpulse/ den Schalter. Dadurch wird der Schwarzpegel der Austastimpulse auf den festen Spannungspegel der Bezugsspannung der Brückenschaltung gelegt. Dadurch entsteht am Punkt g ein nicht verschiebbarer festgehaltener stetiger Schwarzpegel des Videoeingangssignals. Dieses Signal wird der Basis des Transistors β 2 zugeführt, dessen Emitter zugleich über den Widerstand R12 Austastimpulse b zugeführt werden. Diese beiden Wellenformen werden in dem Transistor β 2 zu einer resultierenden Wellenform c zusammengesetzt, die am Kollektor des Transistors β 2 dargestellt ist. Diese Wellenform wird der Basis des PNP-Transistors β 3 zugeführt, in diesem weiter verstärkt und durch die Wirkung der Diode 3 beschnitten, wie es durch den Abschneidepegel h in der Wellenform c dargestellt ist. Durch die Abschneidewirkung der Diode D 3 ergibt sich der resultierende glatte Bezugsschwarzpegel in der Wellenform c, der der Videoausgangsstufe zugeführt wird.

Bei der soweit beschriebenen Schaltung entlädt der Leckstrom zwischen Kollektor und Basis, der in den Transistoren β 2 und β 3 auftritt, allmählich den Kondensator C1 während der Perioden zwischen der Impulsladung dieses Kondensators. Das verursacht im Videosignal einen Sägezahneffekt (in Abwärtsrichtung). Um diesen Effekt zu vermeiden und das Videosignal zwischen den Austastimpulsen auf einem im wesentlichen konstanten Pegel zu halten, werden als Transistoren β 2 und β 3 Typen entgegengesetzter Eigenschaften gewählt. Der Transistor β 2 ist ein NPN-Transistor und der Transistor β 3 ein PNP-Transistor.

Die Änderung des Emitter-Basis-Dioden-Spannungsabfalles mit der Temperatur wird kompensiert, indem die beiden verschiedenen Transistortypen in Kaskade geschaltet werden. Bei Temperaturanstieg wird der Emitter-Basis-Spannungsabfall im NPN-Transistor β 2 bei einem gegebenen Kollektorstrom negativer, während dieser Spannungsabfall beim PNP-Transistor β 3 positiver wird.

Bei Raumtemperatur beträgt der Spannungsabfall an jedem der Transistoren β 2 und β 3 annähernd ²/ioV. Wenn die Temperatur wesentlich über die Raumtemperatur ansteigt, so wird der Spannungsabfall an jedem Transistor etwa Vio V. BeimNPN-Transistor β 2 steigt die Spannung am Emitter mit erhöhter Temperatur an jedem Transistor um etwa Vio V. Beim NPN-Transistor β 2 steigt die Spannung am Emitter mit erhöhter Temperatur an, wenn die Basis auf einer konstanten Spannung festgeklemmt ist. Beim PNP-Transistor β 3 sinkt der Spannungsabfall um denselben Betrag. Die Emitterspannung selbst hat sich jedoch mit der Spannung an ihrer Basis erhöht. Mit einer Erhöhung der Temperatur bleibt daher die Basis des Transistors β 2 konstant, weil sie festgeklemmt ist. Die Emitterspannung steigt jedoch in positiver Richtung an und verursacht dadurch eine Erniedrigung der Spannungsdifferenz zwischen der konstanten Basis- und der wechselnden Emitterspannung. Diese in positiver Richtung veränderte Emitterspannung wird der Basis des Transistors β 3 zugeführt und verschiebt so die Basisspannung in positiver Richtung. Gleichzeitig bewirkt jedoch die Temperaturänderung eine Verringerung der Emitterspannung des Transistors β 3, obwohl ihre Basis um Vio V positiver geworden ist. Gleichzeitig hat der Temperaturwechsel an der Eingangsdiode das Differenzpotential zwischen Emitter und Basis verringert und die Emitterspannung des Transistors β 3 um denselben Betrag wie im Fall des Transistors Q 2 erhöht. Da die Spannungsänderungen in beiden Transistoren entgegengesetzt verlaufen, bleibt die Gesamtänderung Null. Im NPN-Transistor verringert sich die Potentialdifferenz zwischen Basis und Emitter.

Es ist wichtig, daß der Pegel des Videosignals in der Periode zwischen den Austastimpulsen im wesentlichen konstant bleibt und daß ein Sägezahneffekt nicht auftritt. Ein Kondensator Cl der Bemessung der üblichen Koppelkondensatoren würde eine Entladung zwischen den Impulsen und damit einen Sägezahneffekt im Gesamtsignal verursachen. Bei der vorliegenden Schaltung wird jedoch der Kondensator Cl relativ groß bemessen, z. B. hat er bei der dargestellten Schaltung die Größenordnung von 0,5 μΡ. Dieser

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Wert ist etwa 500mal so groß wie die Kapazität gewöhnlicher Koppelkondensatoren in Röhrenklemmschaltungen. Bei einer so großen Kapazität ist die Zeitkonstante bzw. die Entladegeschwindigkeit des Kondensators C1 klein, verglichen mit der Zeit zwischen den zeilenfrequenten Austastimpulsen. Die hohe Kapazität des Kondensators C1, die eine geringe Entladung zwischen den Impulsen und eine hohe Ladegeschwindigkeit während der Dauer der Impulse ergibt, fordert Dioden D1 und D 2 hohen Leitwertes. Die hohe Kapazität des Kondensators C1 erfordert weiterhin einen Generator niedriger Impedanz, wie er durch die Emitter-Folger-Schaltung β1 gegeben wird. Der niederohmige Ausgang der Klemm-Tastschaltung Q 4 soll die Impedanz des Entladungsweges verringern. Die Widerstände R6 und .R 33 sind aus diesem Grund sehr klein bemessen. Als Transistor Q 4 ist eine Type relativ niedrigen Durchlaßwiderstandes (Hochstromeigenschaften) gewählt. Die Stufe β 4 muß daher für große Impulsströme geeignet sein.

Die Videoeingangsstufe β1 ist zur Erzielung eines niederohmigen Ausgangs für den Kondensator C1 als Emitterfolger geschaltet. Dieser setzt den niederohmigen Weg fort, der zur Verbesserung der Lade- bzw. Entladebedingungen des Kondensators Cl während der Impulsdauer erforderlich ist.

Bei einem in der Praxis ausgeführten Schaltungsbeispiel wurden Bauelemente folgender Größe verwendet:

Transistor β 1

Transistor β2

Transistor β 3

Transistor β4

Diode Dl

Diode D 2

DiodeD3

DiodeD4

Kondensator Cl

Kondensator C4

Kondensator C5 5 μΡ

Widerstand Rl 4,7 Ω

Widerstand R2 1 kΩ

Widerstand R3 1 kΩ

Widerstands 18 kΩ

Widerstand R6 100 Ω

Widerstand R7 680 Ω

2 N 502 3N37 2N502 2 N 526

IN 663 IN 663 HD 2569 IN 1928

0,47 μΡ

Widerstand R 8 15 kΩ

Widerstand R9 1500 Ω

Widerstand R10 1800 Ω

Widerstand R 33 100 Ω

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Konstanthaltung des Schwarzpegels in Fernsehgeräten mit einer Klemmschaltung, einem Verstärker für das geklemmte Signal und einer Schwarzpegelabschneideschaltung, insbesondere für Fernsehkameraanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker für das geklemmte Signal zwei Transistoren (ß 2, β 3) entgegengesetzter Eigenschaften (NPN, PNP) in Kaskadenschaltung enthält, die von einem niederohmigen Verstärker (ßl) über einen von der im Durchlaßbereich niederohmigen Klemmschaltung periodisch geladenen so bemessenen Kondensator (Cl) gesteuert werden, daß der Kondensator seine Ladung zwischen dem Auftreten der Klemmimpulse im wesentlichen hält.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (Cl) eine Kapazität von etwa 0,5 μΡ hat.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmschaltung Dioden (D 1, D 2) hohen Leitwertes im Durchlaßbereich enthält.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmschaltung durch Impulse relativ großer Amplituden gesteuert wird.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschneideschaltung (D 3) von einer Konstant-Stromquelle gesteuert wird.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Ausgang der Abschneideschaltung (D 3) ein Widerstand (R 9) und eine Zenerdiode (D 4) in Serie geschaltet sind, deren Verbindungspunkt (X) über einen Widerstand (R 10) an eine Spannungsquelle (-E) angeschlossen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1016 299;
»Bull. Schweiz, elektrotechn. Ver.«, 1954, Nr. 20, S. 866.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen